В то время как физики продолжают свои попытки найти и объяснить происхождение темной материи — примерно 80% материи во Вселенной, которую мы не видим и до сих пор не смогли обнаружить, исследователи предложили модель, согласно которой она образовалась до Большого взрыва.
Их идея заключается в том, что темная материя будет производиться в течение бесконечно короткой инфляционной фазы, когда размер Вселенной быстро расширяется экспоненциально. Новая модель была опубликована в Physical Review Letters тремя учеными из Техаса в США.
Интригующая идея среди космологов заключается в том, что темная материя образовалась в результате ее взаимодействия с термальной ванной некоторых видов, а ее обилие создается путем «замораживания» или «замораживания». В сценарии с замораживанием темная материя находится в химическом равновесии с ванной в самые ранние моменты времени — концентрация каждого из них не меняется со временем.
В картине заморозки темная материя никогда не приходит в равновесие с ванной. Такое подавленное взаимодействие между темной материей и термальной ванной может быть следствием взаимодействий в квантовых теориях поля, либо инфракрасной заморозки, либо ультрафиолетовой заморозки.
При УФ-замораживании температура термальной ванны всегда ниже массы частиц, которые связывают темную материю со Стандартной моделью физики элементарных частиц. (Масса и температура пропорциональны энергии и могут быть связаны через фундаментальные константы.)
Теория инфляции была разработана около 45 лет назад, предполагая период экспоненциально быстрого расширения в очень ранней Вселенной, где Вселенная расширилась примерно в 1026 раз за 10-36 секунд . (После того, как инфляция прекратилась, Вселенная продолжила расширяться, хотя и не экспоненциально.)
Миллиарды лет спустя темная энергия начала ускорение, которое мы наблюдаем сегодня.) Идея инфляции четко объясняет многие загадки космологии, такие как проблема плоскостности, проблема однородности и проблема монополя, а также объясняет происхождение структуры во Вселенной как квантовых флуктуаций, которые были чрезвычайно усилены.
Хотя космологи в основном признают инфляцию частью картины Большого взрыва на основе некоторых доказательств (хотя существуют и существенные разногласия), движущая сила инфляции до сих пор неизвестна.
Космологи называют его в общем виде инфлатоном, гипотетическим полем, которое охватывает все пространство-время некоторой скалярной (спин нулевой) частицы, возможно, поля Хиггса. (Возможно, нет.) Инфляция происходит так быстро, что Вселенная находится в состоянии сверхохлажденного расширения, где температура падает примерно в 100 000 раз.
Эта низкая температура сохраняется на протяжении инфляционной стадии. Когда инфляция заканчивается, температура возвращается к доинфляционной температуре, этот процесс называется повторным нагревом, и поле инфлатона распадается на частицы Стандартной модели, включая фотоны.
Исследования показали, что ванна может достигать гораздо более высоких температур, чем температура повторного нагрева, а при ультрафиолетовом замораживании количество образующейся темной материи зависит от самой высокой температуры термальной ванны.
