Mørkt stof kan være ældre end big bang, undersøgelse tyder på

Mørkt stof, som forskere mener udgør omkring 80% af universets masse, er et af de mest uhåndgribelige mysterier i moderne fysik. Hvad det præcist er, og hvordan det blev til, er et mysterium, men en ny undersøgelse fra Johns Hopkins University tyder nu på, at mørkt stof kan have eksisteret før Big Bang.

Studiet, udgivet 7. august i Fysiske anmeldelsesbreve , præsenterer en ny idé om, hvordan mørkt stof blev født, og hvordan man identificerer det med astronomiske observationer.

"Undersøgelsen afslørede en ny sammenhæng mellem partikelfysik og astronomi. Hvis mørkt stof består af nye partikler, der blev født før Big Bang, de påvirker måden galakser er fordelt på himlen på en unik måde. Denne forbindelse kan bruges til at afsløre deres identitet og drage konklusioner om tiden før Big Bang også, " siger Tommi Tenkanen, en postdoc-stipendiat i fysik og astronomi ved Johns Hopkins University og undersøgelsens forfatter.

Selvom der ikke er meget kendt om dens oprindelse, astronomer har vist, at mørkt stof spiller en afgørende rolle i dannelsen af ​​galakser og galaksehobe. Selvom det ikke direkte kan observeres, videnskabsmænd ved, at mørkt stof eksisterer ved dets gravitationseffekter på, hvordan synligt stof bevæger sig og fordeles i rummet.

I lang tid, forskere mente, at mørkt stof måtte være en reststof fra Big Bang. Forskere har længe søgt efter denne form for mørkt stof, men indtil videre har alle eksperimentelle søgninger været mislykkede.

"Hvis mørkt stof virkelig var en rest af Big Bang, så burde forskere i mange tilfælde allerede have set et direkte signal om mørkt stof i forskellige partikelfysiske eksperimenter, " siger Tenkanen.

Ved hjælp af en ny, enkle matematiske rammer, undersøgelsen viser, at mørkt stof kan være blevet produceret før Big Bang i en æra kendt som den kosmiske inflation, hvor rummet ekspanderede meget hurtigt. Den hurtige ekspansion menes at føre til rigelig produktion af visse typer partikler kaldet skalarer. Indtil nu, kun en skalar partikel er blevet opdaget, det berømte Higgs-boson.

"Vi ved ikke, hvad mørkt stof er, men hvis det har noget at gøre med skalarpartikler, det kan være ældre end Big Bang. Med det foreslåede matematiske scenarie, vi behøver ikke at antage nye typer af interaktioner mellem synligt og mørkt stof ud over tyngdekraften, som vi allerede ved er der, " forklarer Tenkanen.

Selvom ideen om, at mørkt stof eksisterede før Big Bang, ikke er ny, andre teoretikere har ikke været i stand til at komme med beregninger, der understøtter ideen. Den nye undersøgelse viser, at forskere altid har overset det enklest mulige matematiske scenarie for mørkt stofs oprindelse, han siger.

Den nye undersøgelse foreslår også en måde at teste oprindelsen af ​​mørkt stof ved at observere de signaturer mørkt stof efterlader på fordelingen af ​​stof i universet.

"Mens denne type mørkt stof er for uhåndgribelig til at blive fundet i partikeleksperimenter, den kan afsløre sin tilstedeværelse i astronomiske observationer. Vi vil snart lære mere om oprindelsen af ​​mørkt stof, når Euclid-satellitten opsendes i 2022. Det bliver meget spændende at se, hvad det vil afsløre om mørkt stof, og om dets resultater kan bruges til at kigge ind i tiden før det store. Bang."