Donkere materie, waarvan onderzoekers denken dat ze ongeveer 80% van de massa van het universum uitmaken, is een van de meest ongrijpbare mysteries in de moderne natuurkunde. Wat het precies is en hoe het is ontstaan, is een raadsel, maar een nieuwe studie van de Johns Hopkins University suggereert nu dat donkere materie mogelijk al vóór de oerknal heeft bestaan.

De studie, gepubliceerd op 7 augustus in Fysieke beoordelingsbrieven , presenteert een nieuw idee van hoe donkere materie werd geboren en hoe deze te identificeren met astronomische waarnemingen.

"De studie onthulde een nieuw verband tussen deeltjesfysica en astronomie. Als donkere materie bestaat uit nieuwe deeltjes die vóór de oerknal zijn geboren, ze beïnvloeden op een unieke manier de manier waarop sterrenstelsels in de lucht worden verspreid. Deze verbinding kan worden gebruikt om hun identiteit te onthullen en ook conclusies te trekken over de tijd vóór de oerknal, " zegt Tommi Tenkanen, een postdoctoraal fellow in natuurkunde en sterrenkunde aan de Johns Hopkins University en de auteur van de studie.

Hoewel er niet veel bekend is over de oorsprong, astronomen hebben aangetoond dat donkere materie een cruciale rol speelt bij de vorming van sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels. Hoewel niet direct waarneembaar, wetenschappers weten dat donkere materie bestaat door zijn zwaartekrachteffecten op hoe zichtbare materie beweegt en wordt verdeeld in de ruimte.

Voor een lange tijd, onderzoekers geloofden dat donkere materie een overblijfsel van de oerknal moest zijn. Onderzoekers hebben lang gezocht naar dit soort donkere materie, maar tot nu toe zijn alle experimentele zoekopdrachten niet succesvol geweest.

"Als donkere materie echt een overblijfsel was van de oerknal, dan zouden onderzoekers in veel gevallen al een direct signaal van donkere materie in verschillende deeltjesfysica-experimenten moeten hebben gezien, ', zegt Tenkanen.

Met behulp van een nieuwe, eenvoudig wiskundig kader, de studie toont aan dat donkere materie mogelijk vóór de oerknal is geproduceerd tijdens een tijdperk dat bekend staat als de kosmische inflatie toen de ruimte zeer snel uitbreidde. Aangenomen wordt dat de snelle expansie leidt tot een overvloedige productie van bepaalde soorten deeltjes die scalairen worden genoemd. Tot dusver, slechts één scalair deeltje is ontdekt, het beroemde Higgs-deeltje.

"We weten niet wat donkere materie is, maar als het iets te maken heeft met scalaire deeltjes, het kan ouder zijn dan de oerknal. Met het voorgestelde wiskundige scenario, we hoeven geen nieuwe soorten interacties aan te nemen tussen zichtbare en donkere materie voorbij de zwaartekracht, waarvan we al weten dat het er is, ", legt Tenkanen uit.

Hoewel het idee dat donkere materie vóór de oerknal bestond niet nieuw is, andere theoretici zijn niet in staat geweest om met berekeningen te komen die het idee ondersteunen. De nieuwe studie toont aan dat onderzoekers het eenvoudigst mogelijke wiskundige scenario voor de oorsprong van donkere materie altijd over het hoofd hebben gezien. hij zegt.

De nieuwe studie suggereert ook een manier om de oorsprong van donkere materie te testen door de handtekeningen te observeren die donkere materie achterlaat op de verdeling van materie in het universum.

"Hoewel dit type donkere materie te ongrijpbaar is om te worden gevonden in deeltjesexperimenten, het kan zijn aanwezigheid onthullen in astronomische waarnemingen. We zullen binnenkort meer te weten komen over de oorsprong van donkere materie wanneer de Euclid-satelliet in 2022 wordt gelanceerd. Het wordt heel spannend om te zien wat het zal onthullen over donkere materie en of de bevindingen ervan kunnen worden gebruikt om een ​​kijkje te nemen in de tijd vóór de Grote Knal."