據外媒報道，到目前為止，神秘的暗物質仍然令人捉摸不透。現在，約翰斯·霍普金斯大學的一位物理學家已經提出了一個新的理論，有助於解釋這些東西，但同時也讓它看起來更奇怪。根據這項新研究，暗物質可能起源於宇宙大爆炸之前。
「大爆炸宇宙論」認為，宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於大約137億年前一次大爆炸後膨脹形成的。人們認為暗物質就像常規物質一樣從大爆炸中產生 – 它似乎是我們所看到的宇宙的大規模結構的原因。
暗物質
隨着宇宙的不斷膨脹，暗物質密度的微小波動意味着在質量更大的地區，膨脹速度減慢。暗物質的額外質量引力吸引了該區域的正常物質，隨着物質密度的增加，它最終會坍塌並向第一顆恆星發射。這就解釋了為什麼恆星傾向於聚集在星系中，而星系又聚集成星系團。
雖然已經有大量證據表明暗物質大量存在於宇宙中，但暗物質尚未被直接探測到，這使研究變得棘手。因此，我們並不真正知道它是由什麼構成的，但是候選粒子並不缺乏。
科學家建議的候選者包括暗光子，弱相互作用大質量粒子（WIMP），軸子，甚至像矮行星一樣大的「 宏觀 」粒子和像中子星一樣密集的粒子。不幸的是，盡管進行了大量旨在檢測它們的實驗，但尚未出現任何這些候選物的跡象。
根據這項新研究，其原因在於假設暗物質 – 無論它是什麼 – 是在大爆炸期間產生的。「如果暗物質確實是大爆炸的殘余物，那麼在很多情況下，研究人員應該已經在不同的粒子物理實驗中看到了暗物質的直接信號，」該研究的作者Tommi Tenkanen說。
那麼替代方案是什麼？根據Tenkanen的說法，暗物質的起源可能早於宇宙大爆炸本身。
在大爆炸之前
這個想法並不像聽起來那麼瘋狂。在大多數人的心目中，宇宙大爆炸是所有時空的開始，在此之前沒有任何東西存在。但這可能不完全准確。一些物理學家說，宇宙微波背景為我們提供了大爆炸之前可能存在某些東西的線索。
首先，宇宙永遠不會熱到足以達到奇點。最重要的是，還有兩個觀察到的宇宙特徵表明了更多：它似乎是空間平坦的，而不是彎曲的。並且溫度波動平均在所有方向上相同。
這兩件事可以通過一種稱為宇宙膨脹的理論來解釋，宇宙膨脹是指宇宙呈指數級膨脹的時期。該理論認為，這一時期結束於137億年前，我們稱之為大爆炸的物質爆發，然後宇宙繼續以不同的速度膨脹。這意味着宇宙大爆炸啟動了我們現在稱之為家園的宇宙 – 但這不是一切的開始。例證：暗物質本身。
早期的暗物質
這項新研究表明，雖然常規物質是在宇宙大爆炸期間產生的，但在宇宙膨脹期間，暗物質的出現較早。隨着宇宙迅速膨脹，它產生了一種稱為標量的粒子，其自旋為零。到目前為止，只發現了一種類型的標量粒子 – 著名的希格斯玻色子 – 但根據Tenkanen的說法，暗物質也可能屬於這一類。
Tenkanen提出了他所描述的暗物質起源最簡單的數學方案。在這個框架中，暗物質是一種在宇宙膨脹過程中產生的標量粒子，重要的是它可以很好地解釋我們已經測量過的暗物質和規則物質的相互作用。
「我們不知道暗物質是什麼，但如果它與任何標量粒子有關，它可能比大爆炸更老，」Tenkanen說。「通過提出的數學方案，我們不必假設可見光和暗物質之間的新型相互作用超出重力，我們已經知道它存在於那里。」
方便的是，這種形式的暗物質完全適合我們所知道的故事的其餘部分。在大爆炸之後，已經存在的暗物質的斑塊結構可以繼續影響常規物質聚集在一起的方式，並最終形成我們今天看到的星系和星團。這意味着可以通過研究這些宇宙結構來支持這一理論，它甚至可以告訴我們更多關於這個神秘的大爆炸之前的時間。
「這項研究揭示了粒子物理學和天文學之間的新聯系，」Tenkanen說道。「如果暗物質由大爆炸之前產生的新粒子組成，它們會以獨特的方式影響星系在天空中的分布方式。這種聯系可以用來揭示它們的身份，並對大爆炸前的時間作出結論。」
Tenkanen表示，目前正在尋找其他候選者的實驗，很難發現這些特殊的粒子，但即將出現的衛星，如歐洲航天局的Euclid可能有所幫助。
「雖然這種類型的暗物質難以在粒子實驗中找到，但它可以揭示它在天文觀測中的存在，」Tenkanen說道。當Euclid衛星於2022年發射時，我們將很快了解更多關於暗物質起源的信息。看看它將揭示暗物質的內容以及它的發現是否可以用來窺探大爆炸之前的時代將是非常令人興奮的。」
這項新研究發表在《物理評論快報》雜誌上。
來源：cnBeta
