Forskare föreslår att mörk materiapartiklar rörde sig nära ljusets hastighet kort efter Big Bang, vilket utmanar den länge hållna synen på kall mörk materia. Detta varma ursprung låter partiklarna svalna i tid för att bilda galaxer. Resultaten kommer från forskare vid University of Minnesota och Université Paris-Saclay.
I årtionden har den rådande teorin hävdat att mörk materia måste ha varit kall och långsam när den separerades från den tidiga universums intensiva strålning, en process kallad frysningsutkoppling. Detta tröga beteende ses som avgörande för att klumpa ihop sig och bygga galaxer och kosmiska strukturer. Ett nytt studie publicerat i Physical Review Letters ifrågasätter dock denna antagande genom att undersöka den post-inflatoriska omvärmningsfasen, när universum snabbt fylldes med partiklar efter att den kosmiska inflationen slutade. Forskarnas team, inklusive Stephen Henrich, doktorand vid University of Minnesotas School of Physics and Astronomy, tillsammans med professorerna Keith Olive från samma institution och Yann Mambrini från Université Paris-Saclay, hävdar att mörk materia kunde ha bildats som ultrarelativistiska partiklar — extremt varma och snabba. «Mörk materia är berömt gåtfull. En av de få saker vi vet om den är att den behöver vara kall», sa Henrich. «Som ett resultat har de flesta forskare under de senaste fyra decennierna trott att mörk materia måste vara kall när den föds i det primordiala universum. Våra senaste resultat visar att så inte är fallet; faktum är att mörk materia kan födas glödhet men ändå ha tid att svalna innan galaxer börjar bildas.» Tidigare avvisades heta mörk materia-kandidater som lågmassiva neutriner eftersom deras höga hastigheter skulle ha jämnat ut materiefördelningen och hindrat strukturbildning. «Den enklaste mörk materia-kandidaten (en lågmassiv neutrin) uteslöts för över 40 år sedan eftersom den skulle ha utplånat galaktiska strukturer istället för att så dem», förklarade Olive. Den nya modellen visar att omvärmningen ger tillräckligt med tid för dessa partiklar att sakta ner när universum expanderar, vilket effektivt förvandlar het mörk materia till den kalla varianten som behövs för galaxbildning. Framåt siktar teamet på att undersöka detektionsmetoder, såsom partikelkolliderare, spridningsexperiment och astronomiska observationer. «Med våra nya fynd kan vi kanske få tillgång till en period i universums historia mycket nära Big Bang», noterade Mambrini. Detta arbete vidgar möjligheterna för mörk materiats ursprung och interaktioner.