Տաք մութ մատերիան կարող է վերագրել Տիեզերքի պատմությունը

Մինեսոտայի համալսարանի աստղագետների նոր հետազոտությունը կասկածի տակ է դնում ժամանակակից տիեզերաբանության առանցքային դոգմաներից մեկը, ըստ որի՝ մութ մատերիան ծնվում է «սառը» վիճակում։ Գիտնականները ցույց են տվել, որ այն կարող էր առաջանալ չափազանց տաք՝ շարժվելով գրեթե լույսի արագությամբ, և միևնույն է՝ հասցներ սառչել մինչև անհրաժեշտ ջերմաստիճանը, որպեսզի ձևավորեր գալակտիկաները։ Աշխատանքը հրապարակվել է Physical Review Lettersամսագրում:

Ինչո՞ւ պետք է մութ մատերիան սառը լինի

Մութ մատերիան կազմում է Տիեզերքի ողջ մատերիայի մոտ 85%-ը և հինգ անգամ գերազանցում է սովորական (բարիոնային) մատերիային։ Այն չի փոխազդում էլեկտրամագնիսական ճառագայթման հետ, ուստի անտեսանելի է. չի արձակում, չի կլանում և չի անդրադարձնում լույսը։ Հենց դա է պատճառը, որ այն այդքան դժվար է հայտնաբերել։

Ամենատարածված մոդելը՝ ΛCDM-ն (Լյամբդա-CDM), ենթադրում է, որ մութ մատերիան «սառը» է (Cold Dark Matter). մասնիկները շարժվում են լույսի արագությունից շատ ավելի դանդաղ։ Սա թույլ է տալիս նրանց ձևավորել գրավիտացիոն կուտակումներ, որոնց շուրջ հետագայում հավաքվում է սովորական մատերիան և ձևավորում գալակտիկաները։

Տաք մութ մատերիան (մասնիկները մոտ են լույսի արագությանը) համարվում էր անհնարին. այն չափազանց արագ է ցրվում և թույլ չի տալիս գալակտիկական մասշտաբի կառուցվածքների ձևավորումը։ Դասական օրինակ են փոքր զանգվածով նեյտրինոները, որոնք 1980-ականներին հենց այդ պատճառով հեռացվեցին թեկնածուների ցանկից։

Նոր ծագում. հետինֆլյացիոն տաքացում

Հեղինակներն առաջարկում են այլընտրանքային սցենար։ Մութ մատերիան կարող էր ծնվել չափազանց տաք՝ հետինֆլյացիոն տաքացման (reheating) փուլում։ Սա Տիեզերքի ընդարձակման (ինֆլյացիայի) անմիջապես հաջորդող փուլն է, երբ ինֆլատոնային դաշտը տրոհվեց և վերածվեց ճառագայթման ու մասնիկների տաք և խիտ «ապուրի»։

«Մութ մատերիան հայտնի է իր առեղծվածայնությամբ։ Այն քիչ բաներից մեկը, որ մենք գիտենք նրա մասին, այն է, որ այն պետք է լինի սառը», — նշել է հետազոտության ղեկավար Սթիվեն Հենրիխը։ — «Մեր արդյունքները ցույց են տալիս, որ դա այդպես չէ. մութ մատերիան ծնվելիս կարող է լինել շիկացած կարմիր, բայց միևնույն է՝ հասցնի սառչել նախքան գալակտիկաների ձևավորումը»։

Առանցքային պահը «անջատումն» է (decoupling). մութ մատերիան դադարում է ուժեղ փոխազդել սովորական մատերիայի և ճառագայթման հետ, քանի դեռ շատ տաք է։ Դրանից հետո նա ունենում է բավարար ժամանակ դանդաղելու և սկսելու իրեն պահել որպես սառը մութ մատերիա։

Հին թեկնածուի վերադարձը

Այս սցենարը վերակենդանացնում է ամենավաղ և պարզ թեկնածուներից մեկին՝ փոքր զանգվածով նեյտրինոներին։ Դրանք համարվում էին տաք մութ մատերիա և մերժվել էին, քանի որ կխանգարեին կառուցվածքների ձևավորմանը։ Հիմա գիտնականները ցույց են տալիս. եթե նեյտրինոները ծնվեին հետինֆլյացիոն տաքացման ճիշտ պահին, նրանք կհասցնեին սառչել և դառնալ «սառը»։

«Զարմանալի է, որ նման թեկնածուն, եթե նա ծնված լիներ հենց տաք Մեծ պայթյունի ստեղծման պահին, կարող էր սառչել այն աստիճան, որ իրեն պահեր որպես սառը մութ մատերիա», — նշել է համահեղինակ Քիթ Օլիվը։

Ի՞նչ է սպասվում հետո

Թիմը ծրագրում է փնտրել այս մասնիկները Երկրի վրա՝ արագացուցիչների փորձերում և վաղ Տիեզերքի անուղղակի դիտարկումներում։ Եթե հիպոթեզը հաստատվի, դա կարող է ոչ միայն բացահայտել մութ մատերիայի բնույթը, այլև լույս սփռել տիեզերաբանության ամենաառեղծվածային շրջաններից մեկի՝ հետինֆլյացիոն տաքացման վրա։

Կարճ ասած

Գիտնականները ցույց են տվել, որ մութ մատերիան կարող էր ծնվել տաք (գրեթե լույսի արագությամբ) և միևնույն է՝ դառնալ «սառը»՝ գալակտիկաների ձևավորման համար։ Սա վերադարձնում է նեյտրինոներին որպես հիմնական թեկնածու և կարող է վերանայել Տիեզերքի ստանդարտ մոդելը (ΛCDM)։