Fysikere måler tabet af mørkt stof siden universets fødsel

Russiske videnskabsmænd har opdaget, at andelen af ​​ustabile partikler i sammensætningen af ​​mørkt stof i dagene umiddelbart efter Big Bang ikke var mere end 2 procent til 5 procent. Deres undersøgelse er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgang D .

"Uoverensstemmelsen mellem de kosmologiske parametre i det moderne univers og universet kort efter Big Bang kan forklares med, at andelen af ​​mørkt stof er faldet. Vi har nu, for første gang, været i stand til at beregne, hvor meget mørkt stof der kunne være gået tabt, og hvad den tilsvarende størrelse af den ustabile komponent ville være, " siger medforfatter Igor Tkachev fra Institut for Eksperimentel Fysik ved INR.

Astronomer havde først mistanke om, at der var en stor del af skjult masse i universet tilbage i 1930'erne, da Fritz Zwicky opdagede "ejendommeligheder" i en klynge af galakser i stjernebilledet Coma Berenices - bevægede galakserne sig, som om de var under påvirkning af tyngdekraften fra en uset kilde. Denne skjulte masse, som kun udledes af dens gravitationseffekt, fik navnet mørkt stof. Ifølge data fra Planck-rumteleskopet, andelen af ​​mørkt stof i universet er 26,8 procent; resten er "almindeligt" stof (4,9 procent) og mørk energi (68,3 procent).

Naturen af ​​mørkt stof forbliver ukendt. Imidlertid, dens egenskaber kunne potentielt hjælpe videnskabsmænd med at løse et problem, der opstod efter at have studeret observationer fra Planck-teleskopet. Denne enhed målte nøjagtigt fluktuationerne i temperaturen af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling - "ekkoet" fra Big Bang. Ved at måle disse udsving, forskerne var i stand til at beregne vigtige kosmologiske parametre ved hjælp af observationer af universet i rekombinationstiden - cirka 300, 000 år efter Big Bang.

Imidlertid, da forskere direkte målte hastigheden af ​​udvidelsen af ​​galakser i det moderne univers, det viste sig, at nogle af disse parametre varierede betydeligt - nemlig Hubble-parameteren, som beskriver universets ekspansionshastighed, og også parameteren forbundet med antallet af galakser i klynger. "Denne afvigelse var væsentligt mere end fejlmargener og systematiske fejl, vi kender. Derfor, vi har enten at gøre med en form for ukendt fejl, eller sammensætningen af ​​det gamle univers er væsentligt anderledes end det moderne univers, " siger Tkachev.

Uoverensstemmelsen kan forklares med hypotesen om henfaldende mørkt stof (DDM), som siger, at i det tidlige univers, der var mere mørkt stof, men så forfaldt en del af det.

"Lad os forestille os, at mørkt stof består af flere komponenter, som i almindeligt stof (protoner, elektroner, neutroner, neutrinoer, fotoner). Og en komponent består af ustabile partikler med en ret lang levetid. I æraen af ​​dannelsen af ​​brint, hundredtusinder af år efter Big Bang, de er stadig i universet, men nu (milliarder af år senere), de er forsvundet, at være henfaldet til neutrinoer eller hypotetiske relativistiske partikler. I det tilfælde, mængden af ​​mørkt stof i brintdannelsens æra og i dag vil være anderledes, " siger hovedforfatter Dmitry Gorbunov, en professor ved MIPT og medarbejder ved INR.

Forfatterne af undersøgelsen analyserede Planck-data og sammenlignede dem med DDM-modellen og standard ΛCDM-modellen (Lambda-koldt mørkt stof) med stabilt mørkt stof. Sammenligningen viste, at DDM-modellen er mere konsistent med observationsdataene. Imidlertid, forskerne fandt ud af, at effekten af ​​gravitationslinser (forvrængning af kosmisk mikrobølgebaggrundsstråling af et gravitationsfelt) i høj grad begrænser andelen af ​​henfaldende mørkt stof i DDM-modellen.

Ved at bruge data fra observationer af forskellige kosmologiske effekter, forskerne var i stand til at give et skøn over den relative koncentration af de henfaldende bestanddele af mørkt stof i området 2 procent til 5 procent.

"Det betyder, at i dagens univers, der er 5 procent mindre mørkt stof end i rekombinationstiden. Vi er i øjeblikket ikke i stand til at sige, hvor hurtigt denne ustabile del forfaldt; mørkt stof kan stadig være i opløsning selv nu, selvom det ville være en anden og betydeligt mere kompleks model, " siger Tkachev.