Що було б, якщо Всесвіт почався з темного Великого вибуху?

Великий вибух, можливо, був не один. Появі всіх частинок і випромінювання у Всесвіті, можливо, приєднався ще один Великий вибух, який наповнив наш Всесвіт частинками темної матерії. І, можливо, ми зможемо це виявити. У стандартній космологічній картині ранній Всесвіт був дуже екзотичним місцем. Мабуть, найважливішою подією, яка сталася в нашому космосі, стала інфляція, яка в дуже ранній період після Великого вибуху призвела наш Всесвіт до періоду надзвичайно швидкого розширення.

Коли інфляція закінчилася, екзотичні квантові поля, які спричинили цю подію, згасли, перетворившись на потік частинок і радіації, які збереглися й сьогодні. Коли нашому Всесвіту було менше ніж 20 хвилин, ці частинки почали збиратися в перші протони та нейтрони під час того, що ми називаємо нуклеосинтезом Великого вибуху.

Нуклеосинтез Великого вибуху є основою сучасної космології, оскільки розрахунки, що стоять за ним, точно передбачають кількість водню та гелію в космосі. Однак, незважаючи на успіх нашої картини раннього Всесвіту, ми все ще не розуміємо темну матерію, яка є таємничою та невидимою формою матерії, яка займає переважну більшість маси в космосі. Стандартне припущення в моделях Великого вибуху полягає в тому, що будь-який процес, який породив частинки та випромінювання, також створив темну матерію. І після цього темна матерія просто висіла навколо, ігноруючи всіх інших.

Але група дослідників запропонувала нову ідею. Вони стверджують, що наші епохи інфляції та нуклеосинтезу Великого вибуху були не єдиними. Темна матерія могла еволюціонувати за абсолютно окремою траєкторією. У цьому сценарії, коли інфляція закінчилася, вона все ще заполонила Всесвіт частинками та радіацією. Але не темна матерія. Натомість залишилося деяке квантове поле, яке не розпадалося. У міру того, як Всесвіт розширювався й охолоджувався, це додаткове квантове поле врешті трансформувалося, викликаючи утворення темної матерії.

Перевага цього підходу полягає в тому, що він відокремлює еволюцію темної матерії від нормальної матерії, так що нуклеосинтез Великого вибуху може відбуватися так, як ми його зараз розуміємо, тоді як темна матерія еволюціонує окремим шляхом. Цей підхід також відкриває шляхи для дослідження широкого розмаїття теоретичних моделей темної матерії, тому що тепер, коли вона має окремий еволюційний шлях, її легше відстежувати в розрахунках, щоб побачити, як вона може порівнюватися зі спостереженнями.

Наприклад, команда авторів статті змогла визначити, що якщо був так званий Темний Великий Вибух, то він мав статися, коли нашому Всесвіту було менше одного місяця. Дослідження також виявило, що поява Темного Великого Вибуху призвела до появи дуже унікальних сигнатур сильних гравітаційних хвиль, які збережуться в сучасному Всесвіті. Експерименти, що тривають, як-от датчики часу пульсарів, повинні виявити ці гравітаційні хвилі, якщо вони існують. Ми ще не знаємо, чи відбувся Темний Великий Вибух, але ця робота дає чіткий шлях до перевірки цієї ідеї.