Cercetători de la University of Minnesota Twin Cities și Université Paris-Saclay contestă o teorie consacrată despre materia întunecată. Un nou studiu sugerează că, la origini, aceasta ar fi fost „incredibil de fierbinte” și s-ar fi deplasat cu o viteză apropiată de cea a luminii. Ipoteza contrazice modelul acceptat de decenii, care presupunea că materia întunecată a fost rece și lentă. Lucrarea a fost publicată în Physical Review Letters, jurnalul Societății Americane de Fizică, conform Sciencedaily.
Cuprins
Modelul standard, pus la îndoială
Noua cercetare analizează apariția materiei întunecate în Universul timpuriu, lărgind spectrul posibilelor explicații despre originea și interacțiunile sale. Teoria acceptată timp de decenii postula că materia întunecată a fost rece în momentul separării de radiația primordială, un proces denumit „înghețare” (freezing out). Caracteristica principală a materiei întunecate reci este viteza redusă de deplasare, considerată o condiție esențială pentru agregarea materiei în galaxii și alte structuri cosmice.
Echipa de cercetare și-a concentrat atenția asupra unei etape critice și mai puțin studiate a istoriei cosmice: reîncălzirea post-inflaționară. Aceasta este perioada de după inflația cosmică, în care Universul s-a umplut rapid cu particule. Oamenii de știință au analizat modul în care materia întunecată ar fi putut fi generată în acest interval energetic și care ar fi fost consecințele asupra comportamentului său ulterior.
O nouă ipoteză: de la fierbinte la rece
Particulele cu viteză mare, cum sunt neutrinii, au fost excluse în trecut din rândul candidaților pentru materia întunecată. Se considera că viteza lor ar fi împiedicat formarea galaxiilor prin uniformizarea materiei în Universul timpuriu, motiv pentru care modelul materiei întunecate reci a prevalat decenii la rând. Studiul recent demonstrează însă că materia întunecată ar fi putut fi inițial fierbinte. Conform cercetătorilor, particulele de materie întunecată s-ar fi putut desprinde de restul materiei într-o stare ultrarelativistă (extrem de fierbinte), dar ar fi avut timp să încetinească înainte de formarea galaxiilor. Acest scenariu este posibil datorită perioadei de reîncălzire, care a permis particulelor să se răcească odată cu expansiunea Universului.
„Cel mai simplu candidat pentru materia întunecată (un neutrin cu masă redusă) a fost exclus acum peste 40 de ani, deoarece ar fi șters structurile de dimensiunea galaxiilor în loc să le însămânțeze”, a declarat Keith Olive, profesor la Școala de Fizică și Astronomie. „Neutrinul a devenit exemplul principal de materie întunecată fierbinte, unde formarea structurilor se bazează pe materia întunecată rece. Este uimitor că un candidat similar, dacă ar fi produs exact în momentul creării Universului fierbinte al Big Bang-ului, s-ar fi putut răci până la punctul în care ar acționa, de fapt, ca materie întunecată rece.”
Implicații și noi direcții de cercetare
Această teorie modifică înțelegerea condițiilor inițiale ale materiei întunecate și deschide noi perspective în acest domeniu. „Materia întunecată este faimoasă pentru natura sa enigmatică. Unul dintre puținele lucruri pe care le știm despre ea este că trebuie să fie rece”, a explicat Stephen Henrich, student absolvent la Școala de Fizică și Astronomie și autor principal al lucrării. „Ca urmare, în ultimele patru decenii, majoritatea cercetătorilor au crezut că materia întunecată trebuie să fie rece atunci când se naște în universul primordial. Rezultatele noastre recente arată că nu este așa; de fapt, materia întunecată poate fi roșie și fierbinte la naștere, dar să aibă totuși timp să se răcească înainte ca galaxiile să înceapă să se formeze.”
În continuare, echipa intenționează să exploreze metode de detectare a acestor particule de materie întunecată. Printre abordările luate în considerare se numără căutările directe cu ajutorul acceleratoarelor de particule, experimentele de împrăștiere sau detecția indirectă prin observații astronomice. „Cu noile noastre descoperiri, am putea accesa o perioadă din istoria Universului foarte apropiată de Big Bang”, a adăugat Yann Mambrini, profesor la Université Paris-Saclay din Franța și coautor al studiului. Finanțarea cercetării a fost asigurată prin programul Orizont 2020 al Uniunii Europene, în cadrul acordului de grant Marie Sklodowska-Curie. Materialele au fost furnizate de University of Minnesota.
