Nowe badania nad ciemną materią sugerują, że mogła ona pochodzić z „ciemności[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>Big Bang,” distinct from the traditional Big Bang.
This theory, which posits a separate cosmic event as the source of dark matter, could change how we understand the universe’s early moments. Upcoming gravitational wave detection experiments could provide critical evidence to support this theory.
Alternative Theory of Dark Matter Genesis
A research collaboration between a Colgate University professor and student is shedding light on a groundbreaking theory that could transform our understanding of dark matter’s origins.
Assistant Professor of Physics and Astronomy Cosmin Ilie and Richard Casey ’24 have delved into a bold idea proposed by University of Texas at Austin scientists Katherine Freese and Martin Winkler. This theory suggests that dark matter may have emerged from a separate event, dubbed the “Dark Big Bang,” which occurred shortly after the universe’s formation.
Unveiling the Dark Big Bang Theory
Traditionally, scientists believe that all matter, including dark matter, originated from a single event — the Big Bang. This marked the end of the cosmic inflation period, a rapid expansion of the universe, when vacuum energy transformed into a hot plasma of radiation and particles, setting the stage for the universe as we know it.
One of the most pressing mysteries is the origin and the nature of dark matter, which accounts for about 25% of the energy budget of the Universe today. While not yet directly detected in underground experiments, or observed in accelerators, the gravitational effects of dark matter have been firmly established on galactic and extragalactic scales. Moreover, dark matter leaves observable imprints on the electromagnetic afterglow of the Big Bang, the so-called cosmic microwave background radiation.
Dark Matter’s Distinct Origins
In 2023, Freese and Winkler proposed that dark matter, unlike ordinary matter, may have arisen from a distinct Big Bang event, which could have taken place months after the conventional Big Bang.[1] W tym modelu cząstki ciemnej materii powstają w wyniku rozpadu pola kwantowego, które łączy się jedynie z Ciemnym Sektorem i początkowo jest uwięzione w fałszywym metastabilnym stanie próżni.
W swoim ostatnim badaniu[2] Ilie i Casey badają i udoskonalają model Ciemnego Wielkiego Wybuchu, określając wszystkie możliwe scenariusze jego realizacji, które pozostają spójne z aktualnymi danymi eksperymentalnymi. Co najważniejsze, ich praca odkrywa niezbadany wcześniej zakres możliwych parametrów, które mogłyby wyjaśnić pochodzenie ciemnej materii. W badaniu określono również potencjalne, obserwowalne konsekwencje tych nowych scenariuszy, w szczególności generowanie fale grawitacyjne które mogłyby zostać wykryte w przyszłych eksperymentach.
Perspektywy wykrywania fal grawitacyjnych
„Wykrywanie fal grawitacyjnych generowanych przez Ciemny Wielki Wybuch może dostarczyć kluczowych dowodów na rzecz nowej teorii ciemnej materii” – powiedział Ilie. „Dzięki obecnym eksperymentom, takim jak International Pulsar Timing Array (IPTA) i Square Kilometre Array (SKA) na horyzoncie, być może wkrótce będziemy dysponować narzędziami umożliwiającymi przetestowanie tego modelu w bezprecedensowy sposób”.
Przyszłe implikacje i kierunki badań
Wykrycie w 2023 r. fal grawitacyjnych tła w ramach współpracy NANOGrav w ramach IPTA można powiązać z odkryciem Ciemnego Wielkiego Wybuchu. Ponieważ przyszłe eksperymenty zapewnią dokładniejsze pomiary, wyniki badania mogą pomóc w udoskonaleniu naszej wiedzy na temat parametrów rządzących Ciemnym Wielkim Wybuchem i potencjalnie potwierdzić, że jest to prawdziwe pochodzenie ciemnej materii.
Konsekwencje tych odkryć mogą wykraczać poza ciemną materię, ponieważ oferują nowe spojrzenie na wczesną historię Wszechświata i siły, które ukształtowały jego ewolucję. Poszukiwanie odpowiedzi na tajemnice ciemnej materii i jej pochodzenia w dalszym ciągu napędza badania w czołówce współczesnej kosmologii.
Referencje:
- „Ciemna materia i fale grawitacyjne z ciemnego Wielkiego Wybuchu”, Katherine Freese i Martin Wolfgang Winkler, 20 kwietnia 2023 r., Przegląd fizyczny D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.107.083522 - „Potencjały pola tunelowego ciemnego sektora dla ciemnego wielkiego wybuchu”, Richard Casey i Cosmin Ilie, 15 listopada 2024 r., Przegląd fizyczny D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.110.103522
