Ny forskning visar att mörk materia kan tillverkas av partiklar, som vart väger nästan lika mycket som mänskliga celler och har tillräckligt med densitet för att bli ett miniatyrt svart hål.
Medan mörk materia antas vara fem sjättedelar av all materia i universum, vet inte vetenskapsmännen vad denna härliga substans är gjord av. Trogen på sitt namn är mörk materia inte synlig - den avger inte, reflekterar eller blockerar lätt ljus. Som ett resultat kan mörk materia nu studeras endast på grund av dess gravitationseffekter på vanlig materia. Och hennes natur är för närvarande en av de största hemligheterna inom vetenskapen.
Författarna till en ny vetenskaplig studie sa att om mörk materia består av sådana supermassiva partiklar, så kan astronomer upptäcka sina tecken i efterkriget av stormen.
Tidigare studier av mörk materia har i hög grad eliminerat alla kända konventionella material som kandidater för dem som utgör detta mystiska material. Gravitationseffekterna som tillskrivs mörk materia inkluderar galaxernas orbitalrörelser: Den totala massan av synlig materia i galaxen, såsom stjärnor och gasmoln, kan inte förklara galaxens rörelser, så en ytterligare osynlig massa måste vara närvarande. Forskare håller fortfarande fast vid den uppfattningen att denna saknade massa består av en ny typ av partiklar som samverkar mycket svagt med vanlig materia. Dessa nya partiklar kommer att existera utanför standardmodellen för partikelfysik, vilket är den bästa aktuella beskrivningen av den subatomära världen. Vissa modeller av mörk materia tyder på att denna kosmiska substans består av svagt interagerande massiva partiklar, eller svagt interaktiva massiva partiklar (WIMP), som anses vara ungefär 100 gånger massan av ett proton. Detta indikeras av studiens medförfattare McCullen Sandora, en kosmolog från Syddansk Universitet. Trots många sökningar hittade forskarna ändå inte några UHF, vilket gav möjlighet att partiklar av mörk materia skulle kunna bestå av någon betydande annan substans.
Nu studerar Sandora och hans kollegor den övre gränsen för massan av mörk materia - det vill säga de försöker ta reda på hur massiva de enskilda partiklarna kan vara, baserat på vad forskarna vet om dem. I den här nya modellen, som kallas Plancks interaktiva mörka materia, väger vart och ett av de svagt interagerande partiklarna ca 1019 eller 10 miljarder gånger mer än en proton, eller "ungefär lika tung som en partikel kan vara innan den blir till ett miniatyrt svart hål ", Sa Sandora till Space.com.
En partikel med 1019 protonmassor väger ca 1 mikrogram. Som jämförelse visar studier att en typisk mänsklig cell väger cirka 3,5 μg.
Uppkomsten av tanken på dessa supermassiva partiklar "började med en känsla av depression, som tycks åtfölja alla ansträngningar att producera eller upptäcka UHF och ändå inte ge några uppmuntrande ledtrådar", säger Sandora. "Vi kan fortfarande inte utesluta UHRO-skriptet." Men varje år finns det fler och fler misstankar om att vi inte kan märka dem. I själva verket har det hittills inte funnits några slutgiltiga tips om att det finns någon ny fysik utanför standardmodellen vid någon tillgänglig energiskala, så vi var tvungna att tänka på den sista gränsen för detta scenario. " Den här illustrationen, som tas från datormodellering, visar en svärm av mörka materiapparater runt vår Milky Way Galaxy.
Sandora och hans kollegor ansåg att deras gissning var lite mer än nyfikenhet, eftersom partiklarnas hypotetiska masskaraktär betyder att det inte finns något sätt för någon partikelkollider på jorden att producera den och bevisa (eller motbevisa) en sådan existens.
Men nu har forskare föreslagit att, om sådana partiklar existerar, kan tecken på deras existens detekteras i kosmisk mikrovågs bakgrundsstrålning. Detta är efterglöd av storängen, som skapade universum för 13, 8 miljarder år sedan.
För närvarande är den rådande utsikten i kosmologin att det i ögonblicket efter storängen har universum vuxit till gigantiska proportioner. Denna enorma tillväxtspurt, kallad inflation, skulle utjämna kosmos och förklara varför det nu ser mestadels ut i alla riktningar.
Studier visar att efter sluten av inflationen uppvärmde den återstående energin det nyfödda universum under en tid som kallades "uppvärmning". Sandora och hans kollegor föreslår att de extrema temperaturer som genereras av uppvärmning kan producera ett stort antal supermassiva partiklar. Detta räcker för att förklara gravitationens effekter av mörk materia som för närvarande förekommer i universum.
För att denna modell ska fungera måste emellertid värmen under uppvärmning vara betydligt högre än vad som vanligtvis antas i universella modeller. En hetare uppvärmning skulle i sin tur lämna en signatur i relikstrålningen som nästa generations relikvarianter kan upptäcka. "Allt detta kommer att hända under de närmaste åren. Vi hoppas att detta kommer att hända under det närmaste decenniet och ingenting mer, säger Sandora. Om mörk materia består av dessa super-tunga partiklar, skulle en sådan upptäckt inte bara kasta ljuset på det mesta av materien i universum utan också ge en fullständig bild av inflationens art och hur det började och stoppade. Det här är saker som enligt forskare fortfarande är mycket osäkra.
Om exempelvis mörk materia består av dessa extra tunga partiklar, vilket visar att inflationen uppstod vid mycket hög energi, betyder det i sin tur att det inte kunnat producera temperaturfluktuationer i det tidiga universum utan också i dess utrymme och tid i form av gravitationella vågor ", säger Sandora. "För det andra föreslår detta att inflationen måste sönderfalla i materia extremt snabbt, för om det tog mer tid, kyldes universum till en punkt där det inte skulle kunna producera några Planck-interagerande mörka materialpartiklar i allmänhet" .
