Исследователи из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (Германия) и университета Суонси (Великобритания) выдвинули гипотезу о том, что гравитационные волны могли сыграть ключевую роль в создании темной материи на самых ранних этапах существования Вселенной. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Природа темной материи остается одной из величайших неразгаданных тайн в современной физике элементарных частиц. Вся видимая материя — от планет и звезд до живых организмов на Земле — составляет лишь 4% от общей массы Вселенной. Остальная, невидимая глазу часть космоса состоит из таинственной темной энергии и темной материи, на которую приходится больше 23% общей плотности.
Несмотря на колоссальное гравитационное влияние, благодаря которому формируются галактики и удерживаются вместе крупнейшие космические структуры, ученые до сих пор не знают, из чего именно состоит темная материя. Новая научная работа предлагает совершенно нестандартный механизм ее появления, связывая рождение этих невидимых частиц со стохастическими гравитационными волнами, непрерывно пронизывающими космическое пространство.
Сами гравитационные волны представляют собой рябь в ткани пространства-времени. Они могут возникать не только от катастрофических столкновений черных дыр, но и в результате более спокойных фоновых процессов, не связанных с массивными объектами. Эти древние и слабые флуктуации зародились в первые фазы после Большого взрыва, когда Вселенная стремительно охлаждалась, или сформировались под воздействием первичных магнитных полей.
Согласно представленным теоретическим расчетам, такие реликтовые волны в экстремальных условиях раннего космоса могли легко спровоцировать рождение фермионов — обширного класса частиц, к которым относятся электроны и протоны. Изначально эти ранние частицы практически не имели собственной массы, но по мере расширения Вселенной они тяжелели, постепенно эволюционируя в современную темную материю.
В ближайшем будущем физики планируют выйти за рамки предварительных аналитических оценок и провести численные расчеты для повышения точности прогнозов. Параллельно будут активно изучаться и другие возможные эффекты влияния гравитационных волн в ранней Вселенной, включая потенциальное объяснение знаменитой физической асимметрии между количеством рожденной материи и антиматерии.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые нашли способ фиксировать гравитационные волны по свету атомов.
