Неймовірне відкриття вчених з Дартмутського коледжу може повністю змінити наше розуміння темної матерії — невидимої субстанції, що складає 85% маси Всесвіту. Дослідники запропонували революційну теорію, згідно з якою темна матерія виникла з безмасових частинок, що рухалися майже зі швидкістю світла, але раптово "застигли", набувши величезної маси. Ця космічна метаморфоза, подібна до перетворення гарячої пари на холодну воду, може пояснити одну з найбільших загадок сучасної астрофізики.
Від світла до темряви: неочікуваний шлях
"Темна матерія почала своє життя як майже безмасові релятивістські частинки, практично як світло", — пояснює Роберт Колдвелл, професор фізики та астрономії, старший автор дослідження. Така ідея повністю суперечить традиційному уявленню про темну матерію як про холодні згустки, що надають галактикам їхню масу. Нова теорія намагається пояснити, як відбувся цей дивовижний перехід від "світла" до "згустків".
Після Великого вибуху, приблизно 13,7 мільярда років тому, космос був заповнений гарячими, швидкими частинками, подібними до фотонів. Дослідники припускають, що величезна кількість цих частинок з'єдналася між собою, притягуючись завдяки протилежним напрямкам їхнього спіну — подібно до притягання між північним і південним полюсами магніту.
Коли ці частинки охолоджувалися, відбувся різкий спад їхньої енергії, що призвело до утворення холодних, важких частинок, які, як вважають вчені, і складають темну матерію. Цей фазовий перехід допомагає пояснити величезну кількість темної матерії, яку ми спостерігаємо сьогодні у Всесвіті.
Надпровідність як ключ до розгадки
Цікаво, що дослідники знайшли аналогію своєї теорії у фізиці надпровідності. При дуже низьких температурах два електрони з протилежними спінами можуть утворювати так звані куперівські пари, здатні проводити електрику без опору. Існування куперівських пар є доказом того, що безмасові частинки в теорії дартмутських вчених могли б конденсуватися в темну матерію.
"Ми звернулися до надпровідності в пошуках підказок щодо того, чи може певна взаємодія спричинити такий раптовий спад енергії", — каже Колдвелл. "Куперівські пари доводять, що такий механізм існує".
Варто зазначити, що раніше ми писали про те, як вчені переосмислили теорію Ейнштейна і наблизилися до розгадки темної матерії. У тому дослідженні професорка Джінестра Б'янконі запропонувала розглядати гравітацію через призму квантової ентропії, що також відкриває нові горизонти у розумінні цієї загадкової субстанції.
Найцікавіше, що нова теорія дартмутських вчених може бути перевірена за допомогою існуючих спостережень космічного мікрохвильового фону — залишкового випромінювання від Великого вибуху. Якщо частинки дійсно перейшли у холодний стан з майже нульовим тиском, це мало б залишити унікальний відбиток на цьому випромінюванні.
Ця теорія не лише пояснює походження темної матерії, але й допомагає зрозуміти величезний дефіцит щільності енергії у сучасному Всесвіті порівняно з його ранніми днями. Вчені знають, що щільність знизилася з моменту Великого вибуху в міру розширення енергії Всесвіту, але нова теорія також враховує збільшення щільності маси.
Можливо, ми стоїмо на порозі нової ери в розумінні Всесвіту, де темна матерія нарешті перестане бути загадкою, а стане зрозумілою частиною космічної історії.
