Ciemna materia stanowi ok 80% masy wszechświata i jest jedną z największych tajemnic dzisiejszej fizyki. Nikt nie wie czym właściwie jest. Najnowsze badania wskazują, że mogła istnieć jeszcze przed Wielkim Wybuchem.
Sposób na obserwację tego co niewidoczne
Wyniki badań naukowców z Johns Hopkins University zaprezentowane w Physical Review Letters, rzucają nowe światło na genezę ciemnej materii i wskazują jak identyfikować ją za pomocą obserwacji astronomicznych.
“Badanie odkryło nowy związek fizyki cząstek elementarnych z astronomią. Jeśli ciemna materia składa się z nowych cząstek, które powstały przez Wielkim Wybuchem, wpływa to na sposób ułożenia galaktyk na niebie w unikalny sposób. To połączenie może być wykorzystane do ich identyfikacji, jak również do wyciągnięcia wniosków na temat czasów sprzed Wielkiego Wybuchu.” – mówi Tommi Tenkanen, autor badania z JHU.
Mimo, że nie wiadomo zbyt dużo o pochodzeniu ciemnej materii, astronomowie wykazali, że odgrywa kluczową rolę w powstawaniu galaktyk. Nie można jej obserwować bezpośrednio, lecz wiadomo o jej istnieniu, ponieważ można zaobserwować efekty działania jej grawitacji na rozkład materii widzialnej we wszechświecie.
Dość długo naukowcy byli przekonani, że ciemna materia musi być pozostałością po Wielkim Wybuchu. Od dawna szukano potwierdzenia tych teorii, lecz do tej pory badania nie przyniosły żądanych efektów.
Wielki Znak Zapytania
“Jeśli ciemna materia jest w istocie pozostałością po Wielkim Wybuchu, to w wielu przypadkach naukowcy powinni już trafić na jej ślad w różnych eksperymentach z zakresu fizyki cząstek elementarnych” – mówi Tenkanen.
Po zastosowaniu przez naukowców prostszego wzoru matematycznego, najnowsze badanie wskazuje, że ciemna materia mogła powstać jeszcze przed Wielkim Wybuchem i tzw. „kosmiczną inflacją”, czyli okresem po Wybuchu, kiedy wszechświat bardzo szybko się rozszerzał. Naukowcy zakładają wiele scenariuszy dotyczących epoki „Przed Wielkim Wybuchem”, a ich fundamentem jest teoria, że ekspansja doprowadziła do powstania pewnych typów cząstek nazywanych skalarami. Do tej pory zaledwie jeden skalar został odkryty, słynny bozon Higgsa.
„Nie wiemy czym jest ciemna materia, ale jeśli ma związek ze skalarami, może być starsza niż Wielki Wybuch. Zaproponowany scenariusz matematyczny nie musi zakładać nowych typów interakcji pomiędzy widzialną i ciemną materią, które omijałyby wpływ grawitacji, ponieważ wiemy już, że ona tam jest” – wyjaśnia Tenkanen.
Najciemniej pod latarnią
„Pomysł, że ciemna materia jest starsza od Wielkiego Wybuchu nie jest nowy, jednak do tej pory nie było kalkulacji matematycznych, które mogły by poprzeć tą teorię. Obecne badanie pokazuje, że naukowcy przeoczyli najprostszy matematyczny scenariusz na wyjaśnienie pochodzenia ciemnej materii” – kontynuuje Tenkanen.
Nowe badanie również sugeruje, że najlepszym sposobem na odkrycie pochodzenia ciemnej materii, jest obserwowanie „śladów”, które zostawia podczas dystrybucji materii widzialnej we wszechświecie.
„Ten typ ciemnej materii jest zbyt nieuchwytny, żeby zbadać go w eksperymentach na cząstkach, ale może być odkryty podczas obserwacji astronomicznych. Po umieszczeniu satelity Euclid na orbicie w 2022 roku dowiemy się więcej na ten temat. To będzie niesamowicie ekscytujące obserwować co odkryje na temat ciemnej materii oraz czy te odkrycia zaprowadzą nas do czasów sprzed Wielkiego Wybuchu” – podsumowuje Tenkanen.
