Jak expanze vesmíru mohla zastavit přebírání temné hmoty

Temná hmota je základní složkou vesmíru, ale jak jsme se dostali přesně k množství potřebnému k udržení vesmíru pohromadě? Fyzici navrhli nový mechanismus, kdy částice temné hmoty v raném vesmíru přeměňovaly běžnou hmotu na temnou hmotu exponenciálně, než byly zpomaleny expanzí vesmíru.

Fyzici odhadují, že částice temné hmoty převyšují běžnou hmotu v poměru pět ku jedné a že temná hmota hraje klíčovou roli ve velkoobjemové struktuře kosmu. Nejen, že jeho gravitace ovlivnila vznik hvězd a galaxií, ale i dnes drží galaxie a kupy pohromadě. Bez této specifické hustoty temné hmoty by se vesmír vyvíjel velmi odlišnými liniemi.

Jak jsme se tedy dostali k této hustotě temné hmoty? Pro novou studii navrhl tým výzkumníků nový mechanismus, který je podle nich relativně jednoduchý a lze jej otestovat budoucími pozorováními.

Mnoho modelů naznačuje, že temná hmota se zrodila z „termální lázně“, prvotního plazmatu částic pravidelné hmoty v raném vesmíru. Odtud nová hypotéza týmu vychází z toho, co je známé jako model zmrazení – v podstatě je myšlenkou, že na začátku nebylo mnoho temné hmoty, ale termální lázeň pravidelných částic vytvořila částice temné hmoty v průběhu času, dokud dosáhl hustoty, kterou vidíme dnes.

Model týmu však dodává příběhu novou vrásku: částice temné hmoty mohou přeměnit běžné částice na temnější hmotu. Tato nová temná hmota pak může změnit pravidelnější hmotu na temnou stranu, což vede k exponenciálnímu růstu temné hmoty.

Samozřejmě, že tento model by nakonec vedl k vesmíru ovládanému temnou hmotou, ale v našem chápání vesmíru je již zabudován zajímavý samoomezující mechanismus: expanze. Hladiny temné hmoty mohou v raném vesmíru růst velmi rychle, protože běžná hmota byla v té době extrémně hustá, ale jak se vesmír rozpínal a hmota se rozšiřovala, bylo pro tento proces méně paliva a proces se zpomaloval.

Výzkumníci ukázali, že model funguje tak, že vysvětluje současnou hustotu temné hmoty a může pracovat s řadou hmotností částic temné hmoty. Pomáhá také zalepit díry v jiných modelech, které jinak dobře fungují k vysvětlení pozorování.

Důležité je, že nápad lze otestovat. Tým říká, že tento mechanismus by zanechal specifický otisk na kosmickém mikrovlnném záření pozadí, které by bylo možné zaznamenat (nebo vyloučit) budoucími pozorováními.

Výzkum byl publikován v časopise Dopisy fyzické revize.

Zdroj: Fyzika