Астрофизики предположили существования периодической таблицы темной материи

Согласно новым исследованиям, Вселенная произвела темную материю в первые несколько минут Большого взрыва. Затем эти частицы оказались в сверхплотных карманах. Некоторые из этих карманов откололись и затем растворились в потоке множества "разновидностей" частиц темной материи, создав "периодическую таблицу невидимых элементов темной материи", предполагают авторы исследования.

Физикам все еще трудно объяснить темную материю — таинственную, невидимую форму материи, которая составляет большинство массы Вселенной. Хотя космологи и астрономы выявили косвенные доказательства существования темной материи, от скорости вращения звезд в галактиках до крупнейших структур, видимых в космосе, они не определили точно, что такое темная материя.

Предыдущая теория предполагала, что темная материя состояла из единственного вида чрезвычайно легких частиц, заполняющих Вселенную, которые почти никогда не взаимодействовали с обычной материей. Но интенсивные поиски таких частиц оказались безрезультатными. Это заставило космологов задуматься, не могут ли частицы темной материи быть намного реже, но и намного тяжелее. Физики-теоретики изо всех сил пытаются найти модели, которые позволили бы засеять раннюю Вселенную нужным количеством таких тяжелых частиц.

В новом исследовании, опубликованном в октябре в базе данных препринтов arXiv, команда космологов нашла способ генерации массивны частиц темной материи вскоре после Большого взрыва. 

В статье отмечается, что ранняя Вселенная претерпела серьезные фазовые переходы, когда силы природы отделились друг от друга, превратившись из единой объединенной силы в четыре фундаментальные силы сегодняшнего дня. При каждом переходе менялась лежащая в ее основе физика. Это не так дико, как кажется, поскольку ученые могут воспроизвести последний из этих переходов в ускорителях частиц: при достаточно высоких энергиях, воссоздавая первые несколько секунд Большого взрыва, мы можем наблюдать, как электромагнитное и слабое ядерное взаимодействия сливаются в одно целое.

Исследователи обнаружили, что сверхтяжелая темная материя могла попасть в ловушку во время одного из этих фазовых переходов ранней Вселенной. Если бы переход был беспорядочным, это вызвало бы образование пузырьков, когда некоторые области Вселенной перешли на новую физику, в то время как остальные еще не претерпели изменений (по примеру кипения воды, когда газовая фаза воды заключена в пузырьки, окруженные жидкостью).

Согласно их модели, самая ранняя темная материя была легкой, но темная материя более поздних периодов уже была тяжелой. В этом сценарии темная материя попадает в ловушку внутри пузырьков, где плотность резко возрастает до такой степени, что вся темная материя коллапсирует и образует черные дыры. Затем эти черные дыры испарились вследствие излучения Хокинга, при котором излучение медленно "просачивается" из черных дыр в виде тепловой энергии. Это произошло задолго до появления обычной материи.

Но по мере испарения черных дыр темная материя возвращалась, поскольку черные дыры перед своей гибелью выплевывали новые частицы темной материи, показала модель команды. 

Этот процесс испарения должен был породить множество видов частиц темной материи. Хотя все частицы темной материи обладают общими характеристиками (такими, как, вероятно, почти полная невидимость), они отличаются по своим массам, скоростям и способам взаимодействия с обычной материей. В этой модели темная материя представляет собой обширную коллекцию различных видов частиц, очень похожих на обычную материю, состоящую из периодической таблицы элементов.

До экспериментальных доказательств этой идеи еще далеко, поскольку прямо сейчас это глубоко гипотетическая концепция. Прямое обнаружение одного или нескольких видов частиц темной материи, безусловно, укрепило бы идею.