Dziwny kształt lepkiej ciemnej materii, która stanowi większość materii we wszechświecie, może mieć zaskakujący wpływ na jej wczesną ewolucję - i sprawić, że zmarszczki z Wielkiego Wybuchu będą łatwiejsze do wykrycia. Wiadomo, że ciemna materia jest tajemniczą substancją, która stanowi 80% substancji w naszym świecie, ale oddziałuje ze zwykłą materią jedynie grawitacyjnie. Obecnie najpopularniejszym kandydatem na ciemną materię są WIMPs (WIMP), słabo oddziałujące masywne cząstki, ale dziesięciolecia poszukiwań tej cząstki nie doprowadziły do niczego. WIMP przewidują również konkretne rzeczy, których nie widzimy we Wszechświecie, takie jak rój mini-galaktyk wokół Drogi Mlecznej.
Są inni kandydaci na ciemną materię. Na przykład Paul Shapiro z University of Texas w Austin i jego koledzy badali wcześniej jedną alternatywną formę ciemnej materii, która zawiera cząstki zwane bozonami, które - w przeciwieństwie do WIMP i zwykłej materii - mogą znajdować się w tym samym stanie kwantowym. Ta właściwość może również pozwolić im na połączenie się w dziwny, lepki stan materii - kondensat Bosego-Einsteina (BEC), w którym populacja cząstki zachowuje się jak pojedynczy obiekt kwantowy.
Teraz Shapiro i jego absolwent Buha Li badają, jak ta forma ciemnej materii mogła wpłynąć na wczesny wszechświat.
Wzrost zryw
Kosmolodzy są przyzwyczajeni do myślenia, że w pierwszych chwilach swojego istnienia wszechświat doświadczył gwałtownego wzrostu. Ta ekspansja, która miała miejsce w ciągu pierwszych kilku sekund po Wielkim Wybuchu, nazywa się inflacją i miała wysyłać relatywistyczne zmarszczki przez czasoprzestrzeń - pierwotne (lub prymitywne, nazwij to, jak chcesz) fale grawitacyjne.
Fizycy myśleli, że widzieli dowody na istnienie tych fal, kiedy pracowali z teleskopem BICEP2 w 2013 roku, ale okazało się, że tak nie jest. Ale na początku tego roku w eksperymencie LIGO zaobserwowano fale grawitacyjne zderzających się czarnych dziur, co dowiodło, że takie fale faktycznie istnieją.
Na standardowym zdjęciu te pierwotne fale grawitacyjne powinny być tak małe, że LIGO nigdy ich nie zobaczy. „Coś zupełnie innego dzieje się w naszym modelu” - mówi Shapiro. „Ciemna materia zmienia swoje zachowanie, jeśli cofniemy się w czasie”.
Film promocyjny:
Chociaż lepka ciemna materia zachowuje się dokładnie tak samo, jak obecnie WIMP, obliczenia naukowców pokazują, że we wczesnych stadiach jej zachowanie uległo zmianie: nie zachowywała się jak materia, ale jak promieniowanie. Cofając się jeszcze dalej w czasie, ciemna materia była gęstsza i zachowywała się jak ciecz, odporna na kompresję.
„Kiedy próbujemy to przełamać, musimy pamiętać o presji” - mówi Shapiro. - Kiedy zbierzesz go w stos, chce się z powrotem spuchnąć. Wydaje się, że wypełniamy Wszechświat cieczą."
Naukowcy nie spodziewali się tego znaleźć.
Ta elastyczność oznacza, że ta dziwna lepka ciemna materia mogła spowolnić tempo rozszerzania się wszechświata w tamtym czasie. Począwszy od samego końca inflacji, Wszechświat rozszerzałby się znacznie wolniej z ciemną materią niż bez niej.
Ale pierwotne fale grawitacyjne powinny przebić się przez młody Wszechświat z taką samą prędkością jak poprzednio. A ponieważ łatwiej było je wydrukować w tle, mogą być łatwiejsze do wykrycia.
Fale pierwotne
W przemówieniu na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w Salt Lake City w stanie Utah w zeszłym miesiącu kilku naukowców stwierdziło, że taka ciemna materia może stłumić ekspansję na tyle, aby siły LIGO wykryły pierwotne fale grawitacyjne.
„W standardowej historii bez naszej ciemnej materii będą one znacznie poniżej granicy, przy której obecne lub przyszłe wykrywacze fal grawitacyjnych mogą je wykryć. Ale nasz model pokazuje, że wciąż jest nadzieja”.
Tanya Rejimbo z zespołu LIGO zwraca uwagę, że skoro tak wiele nie wiemy o tym, jak wyglądał wczesny wszechświat, nie można z całą pewnością powiedzieć o takiej możliwości. Jej zdaniem nie ma gwarancji, że te fale istnieją ani że nasze przyszłe detektory będą w stanie je zobaczyć. Ale ta praca jest interesująca, ponieważ daje taką możliwość.
ILYA KHEL