Новый анализ, проведенный группой физиков, предлагает инновационные средства для предсказания «космологических сигнатур» моделей темной материи.
Группа физиков разработала метод предсказания состава темной материи — невидимой материи, обнаруживаемой только благодаря ее гравитационному притяжению к обычной материи, открытие которой ученые давно ищут.
Его работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters , сосредоточена на предсказании «космологических сигнатур» для моделей темной материи с массой между массами электрона и протона. Предыдущие методы предсказывали аналогичные сигнатуры для более простых моделей темной материи. Это исследование устанавливает новые способы нахождения этих сигнатур в более сложных моделях, которые продолжают искать эксперименты, отмечают авторы статьи.
«Эксперименты по поиску темной материи — не единственный способ узнать больше об этом загадочном типе материи», — говорит Кара Джованетти, доктор философии физического факультета Нью-Йоркского университета и ведущий автор статьи.
«Точные измерения различных параметров Вселенной — например, количества гелия во Вселенной или температуры различных частиц в ранней Вселенной — также могут многое рассказать нам о темной материи», — добавляет Джованетти, описывая описанный метод в статье Physical Review Letters.
В исследовании, проведенном с Хунван Лю, постдокторантом Нью-Йоркского университета, Джошуа Рудерманом, адъюнкт-профессором физического факультета Нью-Йоркского университета, и физиком из Принстона Марианджелой Лисанти, Джованетти и ее соавторы сосредоточились на нуклеосинтезе Большого взрыва (BBN) — процессе, какие легкие формы материи, такие как гелий, водород и литий, созданы. Присутствие невидимой темной материи влияет на то, как будет формироваться каждый из этих элементов. Также жизненно важным для этих явлений является космический микроволновый фон (CMB) — электромагнитное излучение , генерируемое объединением электронов и протонов, которое осталось после образования Вселенной.
Команда искала способ обнаружить присутствие определенной категории темной материи — с массой между электроном и протоном — путем создания моделей, учитывающих как BBN, так и реликтовое излучение.
«Такая темная материя может изменять содержание определенных элементов, произведенных в ранней Вселенной, и оставлять отпечаток на космическом микроволновом фоне, изменяя скорость расширения Вселенной», — объясняет Джованетти.
В своем исследовании команда сделала предсказания космологических признаков, связанных с присутствием определенных форм темной материи. Эти сигнатуры являются результатом того, что темная материя меняет температуру различных частиц или скорость расширения Вселенной.
Их результаты показали, что слишком светлая темная материя приведет к другим количествам легких элементов, чем то, что видят астрофизические наблюдения.
«Легкие формы темной материи могут заставить Вселенную расширяться так быстро, что у этих элементов не будет возможности сформироваться», — говорит Джованетти, обрисовывая в общих чертах один сценарий.
«Из нашего анализа мы узнали, что некоторые модели темной материи не могут иметь слишком маленькую массу, иначе Вселенная выглядела бы иначе, чем та, которую мы наблюдаем», — добавляет она.
