يفترض العلماء أن جسيمات المادة المظلمة كانت تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء بعد الانفجار العظيم مباشرة، مما يتحدى الرأي السائد طويلاً بشأن المادة المظلمة الباردة. يسمح هذا الأصل الساخن للجسيمات بالتبريد في الوقت المناسب لتكوين المجرات. تأتي النتائج من باحثين في جامعة مينيسوتا وجامعة باريس-ساكلاي.
لعقود، اعتبرت النظرية السائدة أن المادة المظلمة كان يجب أن تكون باردة وبطيئة الحركة عندما انفصلت عن الإشعاع الشديد للكون المبكر، وهي عملية تُدعى التجمد. يُعتبر هذا السلوك البطيء حاسماً للتجمع معاً لبناء المجرات والهياكل الكونية. ومع ذلك، يشكك بحث جديد نُشر في Physical Review Letters في هذا الافتراض من خلال فحص مرحلة إعادة التسخين بعد التضخم، عندما امتلأ الكون بسرعة بالجسيمات بعد انتهاء التضخم الكوني. يجادل الباحثون، بما في ذلك ستيفن هينريش، طالب دراسات عليا في كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة مينيسوتا، إلى جانب الأساتذة كيث أوليف من نفس المؤسسة ويان مامبريني من جامعة باريس-ساكلاي، بأن المادة المظلمة يمكن أن تكون قد تشكلت كجسيمات فوق نسبية — ساخنة للغاية وسريعة. «المادة المظلمة غامضة بشكل شهير. إحدى القلائل التي نعرفها عنها هي أنها يجب أن تكون باردة»، قال هينريش. «نتيجة لذلك، على مدى الأربعة عقود الماضية، اعتقد معظم الباحثين أن المادة المظلمة يجب أن تكون باردة عند ولادتها في الكون البدائي. تظهر نتائجنا الحديثة أن هذا ليس الحال؛ في الواقع، يمكن للمادة المظلمة أن تولد حارة جداً ولكنها لا تزال لديها وقت لتبريد قبل أن تبدأ المجرات في التكون.» سابقاً، تم رفض مرشحي المادة المظلمة الساخنة مثل النيوترينو منخفض الكتلة لأن سرعاتهم العالية كانت ستلطخ توزيعات المادة، مما يعيق تشكيل الهياكل. «تم استبعاد المرشح الأبسط للمادة المظلمة (نيوترينو منخفض الكتلة) منذ أكثر من 40 عاماً لأنه كان سيمحو الهياكل بحجم المجرة بدلاً من بذرها»، شرح أوليف. يظهر النموذج الجديد أن إعادة التسخين يوفر وقتاً كافياً لهذه الجسيمات للتباطؤ مع توسع الكون، محولاً المادة المظلمة الساخنة إلى النوع البارد اللازم لتكوين المجرات. في المستقبل، يهدف الفريق إلى التحقيق في طرق الكشف، مثل مصادم الجسيمات والتجارب الانتشارية والملاحظات الفلكية. «مع نتائجنا الجديدة، قد نتمكن من الوصول إلى فترة في تاريخ الكون قريبة جداً من الانفجار العظيم»، لاحظ مامبريني. يوسع هذا العمل الإمكانيات لأصول المادة المظلمة وتفاعلاتها.