Невероятное открытие ученых из Дартмутского колледжа может полностью изменить наше понимание темной материи – невидимой субстанции, составляющей 85% массы Вселенной. Исследователи предложили революционную теорию, согласно которой темная материя возникла из безмассовых частиц, которые двигались почти со скоростью света, но внезапно "застыли", приобретя огромную массу. Эта космическая метаморфоза, подобная превращению горячего пара в холодную воду, может объяснить одну из величайших загадок современной астрофизики.
От света к темноте: неожиданный путь
"Темная материя начала свою жизнь как почти безмассовые релятивистские частицы, практически как свет", – объясняет Роберт Колдвелл, профессор физики и астрономии, старший автор исследования. Такая идея полностью противоречит традиционному представлению о темной материи как о холодных сгустках, придающих галактикам их массу. Новая теория пытается объяснить, как произошел этот удивительный переход от "света" к "сгусткам".
После Большого взрыва, примерно 13,7 миллиарда лет назад, космос был заполнен горячими, быстрыми частицами, подобными фотонам. Исследователи предполагают, что огромное количество этих частиц соединилось между собой, притягиваясь благодаря противоположным направлениям их спина – подобно притяжению между северным и южным полюсами магнита.
Когда эти частицы охлаждались, произошел резкий спад их энергии, что привело к образованию холодных, тяжелых частиц, которые, как считают ученые, и составляют темную материю. Этот фазовый переход помогает объяснить огромное количество темной материи, которую мы наблюдаем сегодня во Вселенной.
Сверхпроводимость как ключ к разгадке
Интересно, что исследователи нашли аналогию своей теории в физике сверхпроводимости. При очень низких температурах два электрона с противоположными спинами могут образовывать так называемые куперовские пары, способные проводить электричество без сопротивления. Существование куперовских пар является доказательством того, что безмассовые частицы в теории дартмутских ученых могли бы конденсироваться в темную материю.
"Мы обратились к сверхпроводимости в поисках подсказок относительно того, может ли определенное взаимодействие вызвать такой внезапный спад энергии", – говорит Колдвелл. "Куперовские пары доказывают, что такой механизм существует".
Стоит отметить, что ранее мы писали о том, как ученые переосмыслили теорию Эйнштейна и приблизились к разгадке темной материи. В том исследовании профессор Джинестра Бьянкони предложила рассматривать гравитацию через призму квантовой энтропии, что также открывает новые горизонты в понимании этой загадочной субстанции.
Самое интересное, что новая теория дартмутских ученых может быть проверена с помощью существующих наблюдений космического микроволнового фона – остаточного излучения от Большого взрыва. Если частицы действительно перешли в холодное состояние с почти нулевым давлением, это должно было бы оставить уникальный отпечаток на этом излучении.
Эта теория не только объясняет происхождение темной материи, но и помогает понять огромный дефицит плотности энергии в современной Вселенной по сравнению с ее ранними днями. Ученые знают, что плотность снизилась с момента Большого взрыва по мере расширения энергии Вселенной, но новая теория также учитывает увеличение плотности массы.
Возможно, мы стоим на пороге новой эры в понимании Вселенной, где темная материя наконец перестанет быть загадкой, а станет понятной частью космической истории.
