Dok fizičari nastavljaju svoju borbu da pronađu i objasne poreklo tamne materije, otprilike 80% materije u univerzumu koju ne možemo da vidimo i do sada nismo mogli da otkrijemo, istraživači su sada predložili model gde se se proizvodi pre Velikog praska.
Njihova ideja je da bi tamna materija bila proizvedena tokom beskonačno kratke faze inflacije kada bi se veličina univerzuma brzo eksponencijalno proširila. Novi model su objavila tri naučnika iz Teksasa u SAD u časopisu Pisma o fizičkom pregledu.
Intrigantna ideja među kosmolozima je da je tamna materija nastala kroz interakciju sa termalnim kupatilom nekih vrsta, a njeno obilje je stvoreno „zamrzavanje“ ili „zamrzavanje“. U scenariju zamrzavanja, tamna materija je u hemijskoj ravnoteži sa kadom u najranijim vremenima – koncentracija svake od njih se ne menja tokom vremena.
Na slici koja se zamrzava, tamna materija nikada ne dolazi u ravnotežu sa kadom. Takva potisnuta interakcija između tamne materije i termalnog kupatila može biti posledica interakcija u kvantnim teorijama polja, bilo infracrvenog zamrzavanja ili ultraljubičastog zamrzavanja.
U UV zamrzavanju, temperatura termalnog kupatila je uvek niža od mase čestica koje povezuju tamnu materiju sa Standardnim modelom fizike čestica. (Masa i temperatura su i proporcionalne energiji i mogu biti povezane preko osnovnih konstanti.)
Teorija inflacije je razvijena pre oko 45 godina, predlažući period eksponencijalno brzog širenja u vrlo ranom univerzumu gde se univerzum širio za faktor od oko 10 26 za 10 -36 sekundi. (Nakon što je ta inflacija prestala, univerzum je nastavio da se širi, iako ne eksponencijalno.)
Milijarde godina kasnije tamna energija je započela ubrzanje kakvo vidimo danas.) Ideja o inflaciji uredno objašnjava mnoge zagonetke u kosmologiji, kao što su problem ravnosti, problem homogenosti i problem monopola, i objašnjava poreklo strukture u univerzumu kao kvantne fluktuacije koje su bile enormno uvećane.
Iako kosmolozi uglavnom prihvataju inflaciju kao deo slike Velikog praska na osnovu nekih dokaza (iako postoji značajno neslaganje), pokretač inflacije je još uvek nepoznat.
Kosmolozi ga generalno nazivaju inflatonom, hipotetičkim poljem koje obuhvata ceo prostor-vreme neke skalarne (spin nula) čestice, možda Higsovo polje. (Možda ne.) Inflacija se dešava tako brzo da se univerzum nalazi u prehlađenoj ekspanziji, gde temperatura opada za faktor od otprilike 100.000.
Ova niska temperatura traje kroz fazu inflacije. Kada se inflacija završi, temperatura se vraća na temperaturu pre inflacije, proces koji se naziva ponovno zagrevanje, a inflatonsko polje se raspada na čestice Standardnog modela, uključujući fotone.
Istraživanja su pokazala da kupka može postići mnogo više temperature od temperature ponovnog zagrevanja, a za ultraljubičasto zamrzavanje u količini proizvedene tamne materije zavisi od najviše temperature termalnog kupatila.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Ali dosadašnja istraživanja nisu razmatrala mogućnost da bi značajan deo tamne materije mogao da nastane tokom inflatorne ekspanzije i da se ne razblaži.
U VIFI modelu u radu — Toplo naduvavanje putem ultraljubičastog zamrzavanja — tamna materija se stvara kroz male i retke interakcije sa česticama u vrućem, energičnom okruženju. Sadrži novi mehanizam gde se ova proizvodnja dešava neposredno pre Velikog praska, tokom kosmičke inflacije, što dovodi do toga da se tamna materija formira mnogo ranije nego u postojećim teorijama putem zamrzavanja.
Iako zvuči neobično, mnogi kosmolozi sada misle da se inflacija dogodila pre Velikog praska, pošto postojanje singularnosti Velikog praska sa beskonačnom gustinom i beskonačnom zakrivljenošću prostor-vremena izgleda nerealno.
Umesto toga, univerzum bi nakon inflacije imao neku malu veličinu, otprilike 10 -26 metara u prečniku, i odatle bi se desili standardni koraci radijacije i proizvodnje čestica, a zatim bi se odigrala nukleosinteza da bi se univerzum naselio.
Teoretičari su predložili drugačiju perspektivu o ulozi inflacije u ulozi tamne materije putem zamrzavanja.
„Stvar koja je jedinstvena za naš model je da se tamna materija uspešno proizvodi tokom inflacije“, rekla je Ketrin Friz, direktorka Vajnberg instituta za teorijsku fiziku i Teksaškog centra za kosmologiju i fiziku astročestica na Univerzitetu Teksas u Ostinu i glavni autor papira. „U većini [drugih] modela, sve što je stvoreno tokom inflacije se zatim ‘naduvava’ eksponencijalnim širenjem univerzuma, do tačke u kojoj u suštini više ništa nije ostalo.“
U ovom novom mehanizmu, sva tamna materija koju danas posmatramo mogla je da se stvori tokom tog kratkog perioda inflacije pre Velikog praska. Kvantno polje koje pokreće inflaciju, inflaton, gubi deo svoje energije na zračenje, a ovo zračenje, zauzvrat, proizvodi čestice tamne materije putem mehanizma zamrzavanja. Šta je bilo pre inflacije? Fizičari nemaju pojma.
VIFI model još ne može biti potvrđen zapažanjima. Ali ključni deo scenarija, topla inflacija, biće testiran tokom sledeće decenije takozvanim kosmičkim mikrotalasnim eksperimentima u pozadini. Potvrda tople inflacije bila bi značajan korak za scenario proizvodnje tamne materije VIFI modela.
„U našoj studiji fokusirali smo se na proizvodnju tamne materije, ali VIFI sugeriše širu primenljivost“, rekao je Barmak Šams Es Hagi, koautor rada zajedno sa Gabrijelom Montefalkoneom, „kao što je proizvodnja drugih čestica koje bi mogle igraju ključnu ulogu u evoluciji ranog univerzuma Ovo naglašava nove mogućnosti za istraživanje u budućim istraživanjima.
