Russische wetenschappers hebben ontdekt dat het aandeel instabiele deeltjes in de samenstelling van donkere materie in de dagen direct na de oerknal niet meer dan 2 tot 5 procent bedroeg. Hun studie is gepubliceerd in Fysieke beoordeling D .

"De discrepantie tussen de kosmologische parameters in het moderne universum en het universum kort na de oerknal kan worden verklaard door het feit dat het aandeel donkere materie is afgenomen. We hebben nu, Voor de eerste keer, hebben kunnen berekenen hoeveel donkere materie verloren had kunnen gaan, en wat de overeenkomstige grootte van de onstabiele component zou zijn, ", zegt co-auteur Igor Tkachev van de afdeling Experimentele Fysica van INR.

Astronomen vermoedden voor het eerst dat er in de jaren dertig een groot deel van de verborgen massa in het universum was, toen Fritz Zwicky "eigenaardigheden" ontdekte in een cluster van sterrenstelsels in het sterrenbeeld Coma Berenices - de sterrenstelsels bewogen alsof ze werden beïnvloed door de zwaartekracht van een onzichtbare bron. Deze verborgen massa, die alleen wordt afgeleid uit zijn zwaartekracht, kreeg de naam donkere materie. Volgens gegevens van de Planck-ruimtetelescoop, het aandeel donkere materie in het heelal is 26,8 procent; de rest is "gewone" materie (4,9 procent) en donkere energie (68,3 procent).

De aard van donkere materie blijft onbekend. Echter, de eigenschappen ervan kunnen wetenschappers mogelijk helpen een probleem op te lossen dat ontstond na het bestuderen van waarnemingen van de Planck-telescoop. Dit apparaat heeft nauwkeurig de schommelingen in de temperatuur van de kosmische microgolfachtergrondstraling gemeten - de "echo" van de oerknal. Door deze fluctuaties te meten, de onderzoekers waren in staat om belangrijke kosmologische parameters te berekenen met behulp van observaties van het universum in het recombinatietijdperk - ongeveer 300, 000 jaar na de oerknal.

Echter, toen onderzoekers de snelheid van de uitdijing van sterrenstelsels in het moderne heelal direct maten, het bleek dat sommige van deze parameters aanzienlijk varieerden, namelijk de Hubble-parameter, die de uitdijingssnelheid van het heelal beschrijft, en ook de parameter die is gekoppeld aan het aantal sterrenstelsels in clusters. "Deze variantie was aanzienlijk meer dan de foutmarges en systematische fouten die ons bekend waren. we hebben ofwel te maken met een onbekende fout, of de samenstelling van het oude universum is aanzienlijk anders dan het moderne universum, ", zegt Tkatsjev.

De discrepantie kan worden verklaard door de hypothese van de afnemende donkere materie (DDM), waarin staat dat in het vroege heelal, er was meer donkere materie, maar toen verviel een deel ervan.

"Laten we ons voorstellen dat donkere materie uit verschillende componenten bestaat, zoals in gewone materie (protonen, elektronen, neutronen, neutrino's, fotonen). En één component bestaat uit onstabiele deeltjes met een vrij lange levensduur. In het tijdperk van de vorming van waterstof, honderdduizenden jaren na de oerknal, ze zijn nog steeds in het universum, maar inmiddels (miljarden jaren later), ze zijn verdwenen, vervallen tot neutrino's of hypothetische relativistische deeltjes. In dat geval, de hoeveelheid donkere materie in het tijdperk van waterstofvorming en vandaag zal anders zijn, " zegt hoofdauteur Dmitry Gorbunov, een professor bij MIPT en staflid bij INR.

De auteurs van de studie analyseerden Planck-gegevens en vergeleken deze met het DDM-model en het standaard ΛCDM-model (Lambda-koude donkere materie) met stabiele donkere materie. Uit de vergelijking bleek dat het DDM-model meer consistent is met de waarnemingsgegevens. Echter, de onderzoekers ontdekten dat het effect van zwaartekrachtlensing (de vervorming van kosmische microgolfachtergrondstraling door een zwaartekrachtveld) het aandeel van rottende donkere materie in het DDM-model aanzienlijk beperkt.

Met behulp van gegevens van waarnemingen van verschillende kosmologische effecten, de onderzoekers konden een schatting geven van de relatieve concentratie van de rottende componenten van donkere materie in de buurt van 2 procent tot 5 procent.

"Dit betekent dat in het universum van vandaag, er is 5 procent minder donkere materie dan in het recombinatietijdperk. We kunnen momenteel niet zeggen hoe snel dit onstabiele deel verviel; donkere materie kan zelfs nu nog steeds desintegreren, hoewel dat een ander en aanzienlijk complexer model zou zijn, ", zegt Tkatsjev.