Космологи предложили объяснение дефициту темной материи во Вселенной

Группа космологов предложила объяснение, почему во Вселенной наблюдается меньше темной материи, чем предсказывает теория инфляции. Работа будет опубликована 18 января в журнале Physical Review Letters. Препринт статьи размещен на сайте arXiv.org.

Современная теория инфляции описывают особенности формирования Вселенной на временном промежутке от 10^-36 секунды после Большого Взрыва до 10^-32 секунды, что помогает физикам объяснить многие явления, например, происхождение крупномасштабной структуры космоса. Однако, согласно этой же теории, во Вселенной должно находиться больше темной материи,  чем наблюдают астрономы.

Во время инфляции происходило резкое расширение пространства в миллиардные доли секунды. В самом начале, когда Вселенная была сверхгорячей и сверхплотной, гипотетические частицы темной материи в больших количествах сталкивались друг с другом и аннигилировали с выделением энергии. Однако по мере того, как Вселенная увеличивалась, такие столкновения происходили все реже и реже. Таким образом, можно теоретически подсчитать оставшееся количество темного вещества, которого должно оставаться в избытке. Однако теоретические расчеты переоценивают это число. 

Чтобы обойти эту проблему, ученые решили немного модифицировать инфляционную модель расширения Вселенной. Согласно их предположению, каждый раз когда потенциальная энергия скалярного поля превышает общую плотность энергии пространства, начинается экспоненциальное расширение Вселенной. Такое явление может происходить несколько раз, но оно не нарушает стандартную модель развития Вселенной, если будет иметь место до эпохи первичного синтеза атомных ядер. Когда такая вторичная инфляция заканчивается, Вселенная нагревается. Согласно предложенной модели, именно энтропийные процессы, происходящие во время нагрева, стали причиной распада частиц темной материи. 

Модель вторичной инфляции может подсказать, какими свойствами должны обладать частицы темной материи, чтобы их в дальнейшем можно было бы обнаружить в экспериментах с ускорителями, наподобие Большого адронного коллайдера.

Темная материя — форма материи, которая не взаимодействует с известным веществом, за исключением оказания на него гравитационного влияния, которое обнаруживается наблюдениями. Темная материя преобладает над видимой материей и составляет примерно 27% от общей масс-энергии Вселенной. Однако образующие ее частицы все еще не найдены.

Александр Еникеев