Физици за първи път „чуха“ ехото на Тъмния голям взрив в космоса

Тъмната материя вече почти век остава една от основните загадки на физиката. Тя не може да бъде видяна или регистрирана директно, но именно тя предпазва галактиките от колапс, определяйки тяхното движение и структура. Смята се, че около 85% от цялата материя във Вселената се състои от това невидимо вещество и има предположения, че то може да е възникнало още преди Големия взрив.

За първи път за тъмната материя се заговори през 30-те години на миналия век, когато астрономите забелязаха странности в движението на галактиките. По-късно наблюденията на космическия микровълнов фон – радиацията, останала след раждането на Вселената потвърдиха ключовата ѝ роля в оформянето на едромащабната структура на Космоса. През 2018 година екипът на проекта „Планк“ установи, че тъмната материя съставлява около 27% от общата енергия на Вселената, докато обикновената материя е едва 5%.

През десетилетията са предложени много теории за природата на тъмната материя. Една от тях, основана на концепцията за суперсиметрия, предполага съществуването на нови частици, които са партньори на известните, наречени WIMP (слабо взаимодействащи масивни частици). Тези хипотетични частици почти не взаимодействат с обикновената материя, но учените се надяваха да ги открият в експерименти, например в ускорителя LHC или в съоръжения като DAMA. Досега обаче WIMP се изплъзват от откриване, а най-простите модели започват да пораждат все повече съмнения.

На този фон през последните години се появиха по-радикални идеи. През 2023 година физиците Катрин Фрийз и Мартин Уинклер от

Oт Тексаския университет предложиха алтернативна теория за произхода на тъмната материя – концепцията за „Тъмен голям взрив“ (Dark Big Bang, DBB). За разлика от обичайния Голям взрив, при който се е образувала познатата материя, DBB описва независимо събитие, по време на което се е образувала тъмната материя.

Според тази хипотеза ранната Вселена се е състояла от два изолирани „сектора“: видим и тъмен. Докато видимият сектор е преминавал през горещата фаза на Големия взрив, тъмният сектор е останал студен и инертен, но след това той претърпял свой собствен фазов преход, в резултат на който се образувала „дъжд“ от тъмни частици, подчиняващи се на собствени закони на физиката. Това събитие би могло да бъде съпроводено с излъчване на гравитационни вълни, различни от тези, които възникват при сблъсъците на черни дупки или неутронни звезди.

Новостта на подхода DBB се състои именно във факта, че такива гравитационни вълни са потенциално откриваеми. Нискочестотните сигнали, уловени от масиви за време на пулсари като IPTA или бъдещия радиотелескоп SKA се считат за особено обещаващи. Неотдавнашните наблюдения в рамките на проекта NANOGrav вече разкриха фонов сигнал, чийто произход все още не е ясен и той може да се впише в прогнозите на DBB.

Допълнителни изчисления в рамките на тази теория бяха извършени от Козмин Илие от университета Colgate и студента Ричард Кейси. Тяхната работа изследва параметрите на полето, отговорно за „тунелирането“ в тъмния сектор и открива стойности, при които се генерират както необходимото количество тъмна материя, така и характерни гравитационни вълни – вече в рамките на чувствителността на настоящите или близките бъдещи експерименти.

Ако хипотезата за Тъмния голям взрив се потвърди, това може да преобърне представата ни за произхода на Вселената.

Вместо едно универсално начало ще получим картина, в която видимият и тъмният свят имат различни, но взаимосвързани истории. Тя може да обясни и защо тъмната материя все още се крие толкова добре: тя идва от различна фаза на космоса, подчинена на различни закони.

Търсенето на тъмна материя не е просто научна прищявка, а ключ към разбирането на самата структура на реалността. Колкото повече напредват технологиите, толкова повече се приближаваме към разрешаването на тази загадка. Може би през следващите години човечеството за първи път ще чуе ехото на Тъмния голям взрив под формата на фини вибрации на пространството, застинали от началото на времето.