Podivný tvar viskózní tmavé hmoty, která tvoří většinu hmoty ve vesmíru, by mohl mít překvapivý účinek na její raný vývoj - a usnadnit detekci vln z Velkého třesku. Je známo, že temná hmota je záhadná látka, která tvoří 80% látky v našem světě, ale interaguje s běžnou hmotou pouze gravitačně. V současné době je nejoblíbenějším kandidátem na temnou hmotu WIMP (WIMP), slabě interagující masivní částice, ale desetiletí hledání této částice nevedly k ničemu. WIMP také předpovídají specifické věci, které ve vesmíru nevidíme, jako roj malých galaxií kolem Mléčné dráhy.
Existují další kandidáti na temnou hmotu. Například Paul Shapiro z University of Texas v Austinu a jeho kolegové dříve prozkoumali jednu alternativní formu temné hmoty, která zahrnuje částice zvané bosony, které - na rozdíl od WIMP a obyčejné hmoty - mohou být ve stejném kvantovém stavu. Tato vlastnost jim také umožnila sloučit se do podivného, viskózního stavu hmoty - kondenzátu Bose-Einstein (BEC), ve kterém se populace částice chová jako jediný kvantový objekt.
Nyní Shapiro a jeho postgraduální student Buha Li studují, jak by tato forma temné hmoty mohla ovlivnit raný vesmír.
Růst zrychlil
Kosmologové jsou zvyklí si myslet, že v prvních okamžicích své existence zažil vesmír exponenciální růstový impulz. Tato expanze, ke které došlo v prvních několika sekundách po Velkém třesku, se nazývá inflace a měla posílat relativistické vlnky skrz spacetime - pravěké (nebo primitivní, nazývejte to, co chcete) gravitační vlny.
Fyzici si mysleli, že viděli důkazy o těchto vlnách, když pracovali s dalekohledem BICEP2 v roce 2013, ale ukázalo se, že tomu tak není. Počátkem tohoto roku však experiment LIGO viděl gravitační vlny kolizních černých děr, což prokázalo, že takové vlny skutečně existují.
Na standardním obrázku by tyto prapůvodní gravitační vlny měly být tak malé, že je LIGO nikdy neuvidí. "V našem modelu se děje něco úplně jiného," říká Shapiro. "Temná hmota změní své chování, pokud se vrátíme v čase."
Propagační video:
Přestože se viskózní temná hmota chová přesně stejně jako dnes WIMP, výpočty vědců ukazují, že v počátečních stádiích se její chování změnilo: jednalo se ne jako hmota, ale jako záření. Temná hmota se pohybovala ještě dále v čase, byla hustší a chovala se jako kapalina, odolávající kompresi.
"Když se to pokusíme zlomit, musíme mít na paměti tlak," říká Shapiro. - Když ji sbíráte na hromadu, chce se zvětšit. Zdá se, že naplňujeme vesmír kapalinou. “
Vědci to neočekávali.
Tato elasticita znamená, že tato podivná viskózní tmavá hmota mohla v té době zpomalit rychlost expanze vesmíru. Od samého konce inflace by se vesmír temnou hmotou rozšiřoval mnohem pomaleji než bez ní.
Primární gravitační vlny by však měly protékat mladým vesmírem stejnou rychlostí jako předtím. A protože bylo snazší tisknout na pozadí, může být snazší je najít.
Primární vlny
V přednášce na setkání Americké fyzické společnosti v Salt Lake City v Utahu minulý měsíc několik vědců uvedlo, že taková temná hmota by mohla dostatečně potlačit expanzi, aby byly pravěké gravitační vlny detekovány silami LIGO.
"Ve standardní historii budou bez naší temné hmoty hluboko pod limitem, ve kterém je mohou detekovat gravitační vlnové detektory, současné nebo budoucí." Náš model však ukazuje, že stále existuje naděje. “
Tanya Rejimbo z týmu LIGO poukazuje na to, že protože toho tolik nevíme o tom, jaký byl raný vesmír, nelze o takové možnosti s jistotou říci. Podle jejího názoru neexistuje žádná záruka, že tyto vlny budou existovat nebo že naše budoucí detektory je budou moci vidět. Tato práce je však zajímavá, protože poskytuje takovou příležitost.
ILYA KHEL