Может ли темная материя формироваться из обычной материи?

Мы многого не знаем о Вселенной, и вряд ли это удивительно. Будучи жителями крошечной планеты, что вращается вокруг не слишком примечательной звезды где-то на задворках самой обыкновенной Галактики, мы вполне обоснованно задаем вопросы. Развитый мозг, который достался нам в ходе миллионов лет эволюции, в конечном итоге позволил не только заглянуть в прошлое (то есть во Вселенную), но и дробить материю на атомы. Однако раз за разом результаты исследований, проведенных с помощью новейших инструментов, демонстрируют, что во Вселенной есть нечто, чего мы не знаем, не понимаем и не видим. Например, темная материя – таинственная субстанция, которая составляет 85% процентов всего, что нас окружает и увидеть которую невозможно, так как она не вступает в электромагнитное взаимодействие с квантами света. При этом само поведение Вселенной наряду с электромагнитным и реликтовым излучением свидетельствует о том, что темная материя где–то существует – и в очень больших количествах. Теперь же исследователи предположили, что темная материя способна к самовоспроизведению – с помощью обычной материи.

Материя, которой нет

Невероятные идеи астронома Яна Оорта, высказанные ученым более восьмидесяти лет назад, помогли человечеству выяснить многое из того, что мы знаем о нашей Солнечной системе и о том, что лежит за ее пределами.

В 1932 году Оорт высказал необычайно смелое утверждение. Он заявил, что нашу Галактику заполняет неизвестный, ранее не необнаруженный вид материи, которая не взаимодействует со светом ни в какой форме, ни на Земле, ни где-либо еще на просторах Вселенной. Эту таинственную субстанцию Оорт назвал темной материей.

Облако Оорта – сферическая область Солнечной системы, являющаяся источником долгопериодических комет.

Историческая справка

Ян Хедрик Оорт – нидерландский астроном, автор теории протяженного кометного облака, которое является источником наблюдаемых комет – облака Оорта

Согласно работе астронома, видимые эффекты темной материи проявляются лишь косвенным путем, через гравитацию: увидеть темную материю нельзя, но она искривляет пространство-время, как и обычная материя, хотя такой, определенно точно не является. Она даже не может состоять из тех же частиц, что образуют все знакомое и привычное нам.

Предположение Оорта казалось революционным. Спустя год после заявления нидерландского астронома, его швейцарский коллега Фриц Цвикки признал, что все галактики во Вселенной вращаются слишком быстро вокруг друг друга, не скрывая огромного количества гравитационно притягательной темной материи.

Более того, все проведенные с 1930-х годов эксперименты показали аналогичные результаты. Темная материя есть. Она действительно существует. Везде есть материя, которая сверху обернута темной материей. Даже сегодня мы все еще не имеем никакого понятия о том, из чета эта темная материя состоит.

Таинственная темная материя преобладает во Вселенной, но увидеть ее нельзя

Мы знаем, что она существует. Мы знаем где гонах находится. У нас есть карты ее присутствия внутри и вокруг галактик по всей Вселенной. У нас даже есть жесткие условия для того, что ею являться не может, но мы не имеем ни малейшего понятия, что она из себя представляет, – Кристоф Гальфар, «Простая, сложная Вселенная»

И все же, у ученых есть определенные предположения, которые исходят из уже имеющихся дюнных о темной материи. Итак, ее присутствие подавляюще: на каждый килограмм обычной материи, состоящей из нейтронов, электронов и протонов, приходится пять килограммов темной материи, которая состоит неизвестно из чего.

Темная материя существует повсюду, вокруг галактик, вокруг нашего собственного Млечного Пути и по всей Вселенной

Как формируется темная материя?

Вселенная на более чем 80% заполнена неизвестно чем и исследователи из Университета Осло в Норвегии предложили новую, необычную методику, способную объяснить как темная материя формируется и воспроизводится в космосе. Согласно работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, частицы темной материи могут взаимодействовать с обычными частицами и превращать их в темную материю.

Как объясняют авторы научной работы, существует два типа моделей формирования темной материи в космосе и эти модели, как правило, используются для объяснения концентрации темной материи в галактиках.

В разных галактиках темная материя распределяется по-разному

Так, согласно наиболее используемым моделям, огромное количество темной материи в молодой Вселенной находилось в равновесии с другими частицами (в соответствие со Стандартной моделью физики элементарных частиц), но когда Вселенная начала расширяться, а затем остывать, частицы темной материи стали разрушаться намного быстрее, чем образовывались. Так продолжалось до тех пор, пока концентрация темной материи не упала до ее нынешнего уровня.

Это означает, что вскоре после рождения Вселенной количество частиц темной материи в ней было невероятно мало. Эти же модели показывают, что темная материя воспроизводится ровно до тех пор, пока ее плотность не приближается к ее нынешнему количеству.

Темная материя создает… темную материю?

Согласно новой модели, предложенной в новом исследовании, небольшое количество темной материи могло взаимодействовать с элементарными частицами Стандартной модели в ранней Вселенной, в результате чего они «загрязнялись» и превращались в темную материю. Ни больше ни меньше.

Кроме того, полученные результаты показали, что недавно преобразованные частицы темной материи могли бы сделать то же самое с другими частицами Стандартной модели, взаимодействуя с ними и тем самым заставляя темную материю быстро распространяться.

Частицы темной материи могут взаимодействовать с обычными частицами и превращать их в темную материю, – пишут авторы научной работы.

Исследователи делают выводы о темной материи в том числе благодаря компьютерным моделям

Если говорить совсем просто, то темная материя создает темную материю. Суть в том, что в какой-то момент на ранних стадиях развития Вселенной частицы темной материи смогли создать больше частиц темной материи из частиц обычной материи, что в какой-то степени объяснило бы, откуда в наблюдаемых галактиках так много темной материи.

Отметим, что эти данные противоречат процессам, описанным ранее (в том числе с помощью других моделей). Новая гипотеза гласит, что когда Вселенная начала расширяться, механизм взаимодействия частиц естественным образом замедлился и прекратился, что и привело к тому количеству темной материи, которое мы «наблюдаем» сегодня.

Вселенная – очень странное место

С расширением и остыванием Вселенной концентрация частиц падает, а вместе с ней — и скорость генерации частиц темной материи

И все же, несмотря на полученные и крайне захватывающие результаты, необходимо больше исследований и данных наблюдений, чтобы подтвердить или опровергнуть полученные в ходе работы результаты. Хотя в таких сложных и фундаментальных вопросах, как формирование и воспроизводство темной материи, новые идеи – всегда прогресс.