Британські вчені висунули революційну гіпотезу, що темна матерія складається зі світла

Нова дослідницька теорія, опублікована в журналі Phys­i­cal Review Let­ters, пропонує сміливе пояснення походження темної матерії — загадкової субстанції, яка становить понад 80% маси у Всесвіті. Двоє дослідників із Дармутського коледжу висунули гіпотезу, що темна матерія могла утворитися з масових зіткнень світлоподібних частинок, які після різкого охолодження набули маси та перетворилися на повільні «згустки» — саме такими ми їх знаємо сьогодні.

Автори дослідження — професор Роберт Колдвелл та студент-фізик Гуанмін Лян — припускають, що в перші миті після Великого вибуху містили частинки, схожі на фотони, утворювали пари завдяки протилежним спінам. Після цього — через різке падіння енергії — пари втрачали швидкість і перетворювалися на холодну темну матерію. Цей процес автори називають фазовим переходом, подібним до явищ у надпровідниках.

Найцікавіше — теорія має потенціал до перевірки. Вона передбачає специфічний слід у реліктовому випромінюванні (CMB) — фоновому світлі, що залишилося від Великого вибуху. Спостереження за допомогою чинних і майбутніх телескопів, зокрема на базі проєкту Simons Obser­va­to­ry, можуть допомогти знайти докази на користь цієї гіпотези.

Дослідники також провели аналогію з процесами у фізиці твердого тіла. Як у надпровідниках електрони утворюють куперівські пари, так і в ранньому Всесвіті світлоподібні частинки могли об’єднуватися, різко змінюючи енергетичний стан системи. Це пояснює не лише природу темної матерії, а й розрив у щільності енергії між раннім і сучасним Всесвітом.

Теорія отримала розвиток з ідеї, яку Лян почерпнув із наукової статті 2023 року, та поєднав із математичними інструментами, вивченими під час курсу з фізики твердого тіла. За словами обох авторів, математична модель виявилась напрочуд простою й водночас ефективною, а її головна цінність — у можливості перевірки за допомогою космологічних спостережень.