Kosmoloogia standardmudel ütleb meile, et ainult 4,9% universumist koosneb tavalisest ainest (s.o sellest, mida me võime näha), ülejäänud osa koosneb aga 26,8% tumedast ainest ja 68,3% tumedast energiast. Nagu nimed vihjavad, ei saa me neid näha, seetõttu tuli nende olemasolu tuletada teoreetiliste mudelite, Universumi suuremahulise struktuuri vaatluste ja selle näilise gravitatsioonilise mõju nähtavale ainele põhinevate järelduste põhjal.
Alates selle esitamisest on Dark Matter osakeste väljanägemise puudus. Hiljuti tegid paljud teadlased ettepaneku, et Dark Matter koosneb nõrgalt interakteeruvatest massiivsetest osakestest (WIMP), mis on umbes 100-kordsed prootoni massist, kuid interakteeruvad nagu neutriinod. Kõik katsed leida põrkeseadmete katsete abil WIMP-sid on tulnud tühjaks. Sellisena on teadlased uurinud viimasel ajal mõtet, et tumeaine võib koosneda täielikult millestki muust.
Praegused kosmoloogilised mudelid kalduvad eeldama, et tumeda aine mass on umbes 100 Gev (gigaelektrivoldid), mis vastab paljude teiste osakeste massiskaalale, mis interakteeruvad nõrga tuumajõu kaudu. Sellise osakese olemasolu oleks kooskõlas osakeste füüsika standardmudeli supersümmeetriliste laienditega. Veel arvatakse, et sellised osakesed oleksid tekkinud kuumas, tihedas, varajases universumis, mille massi tihedus on püsinud tänaseni.
Kuid käimasolevad eksperimentaalsed jõupingutused WIMP-de avastamiseks pole suutnud nende osakeste kohta mingeid konkreetseid tõendeid anda. Need hõlmavad WIMP hävitamise saaduste (st gammakiirte, neutriinode ja kosmiliste kiirte) otsimist lähedalasuvates galaktikates ja klastrites, samuti otseseid tuvastuskatseid superkollideerijate abil, näiteks Šveitsis asuvat CERNi suurt hadronikolonderit (LHC).
Seetõttu on paljud teadlaste meeskonnad hakanud kaaluma Dark Matteri otsimist WIMP-ide paradigmast kaugemale. Üks selline meeskond koosneb Taanis asuvate CERNi ja CP3-Originsi kosmoloogide grupist, kes avaldasid hiljuti uuringu, mis näitas, et Dark Matter võib olla palju raskem ja suhelda palju vähem, kui seni arvati.
Nagu ütles üks CP-3 Origins uurimisrühma liige dr McCullen Sandora kosmoseajakirjale e-postiga:
„Me ei saa veel WIMP-i stsenaariumi välistada, kuid iga aastaga kahtlustatakse üha enam, et me pole midagi näinud. Lisaks sellele kannatab tavaline nõrga skaalaga füüsika hierarhiaprobleemi all. Sellepärast on kõik osakesed, millest me teame, nii kerged, eriti loodusliku raskusastme, Plancki skaala osas, mis on umbes 1019 GeV. Niisiis, kui tume aine oleks Plancki skaalale lähemal, ei mõjutaks seda hierarhiaprobleem ja see selgitaks ka seda, miks me pole WIMP-idega seotud allkirju näinud. "
Kasutades uut mudelit, mida nad kutsuvad Planckian Interacting Dark Matteriks (PIDM), on meeskond uurinud tumeda aine massi ülemist piiri. Kui WIMP-id paigutavad tumeda aine massi elektrilöögi skaala ülemisse piiri, siis Marthias Garny, McCullen Sandora ja Martin S. Slothi Taani uurimisrühm pakkus välja osakese, mille mass oleks täiesti teise loodusliku skaala lähedal - Plancki skaala.
Plancki skaalal on ühe massiühiku suurus samaväärne 2,17645 × 10-8 kg - umbes mikrogramm või 1019 korda suurem kui prootoni mass. Selle massi korral on iga PIDM põhimõtteliselt nii raske, kui osake võib olla, enne kui see saab miniatuurseks mustaks auguks. Meeskond teoreetiliselt ka seda, et need PIDM-i osakesed interakteeruvad tavalise mateeriaga ainult gravitatsiooni kaudu ja et suur hulk neist moodustus väga varajases universumis „kuumutamise” ajastul - perioodil, mis leidis aset inflatsiooniajastu lõpus, umbes 10-36 t0 10-33 või 10-32 sekundit pärast Suurt Pauku.
See epohh on nn, sest inflatsiooni ajal arvatakse, et kosmilised temperatuurid on langenud umbes 100 000 korda. Kui inflatsioon lõppes, tõusid temperatuurid taas inflatsioonieelsele temperatuurile (hinnanguliselt 10 ° C)27 K). Sel hetkel lagunes inflatsioonivälja suur potentsiaalne energia Universumi täitnud standardmudelite osakesteks, kuhu oleks kuulunud ka tume aine.
Loomulikult kaasneb selle uue teooriaga oma osa kosmoloogidele. Näiteks selle mudeli toimimiseks oleks kuumutamise ajajärgu temperatuur pidanud olema kõrgem kui praegu eeldatakse. Veelgi enam, kuumem kuumutusperiood tekitaks ka ürgsemaid gravitatsioonilaineid, mis oleksid kosmilise mikrolaine taustal (CMB) nähtavad.
"Nii kõrge temperatuur annab meile inflatsiooni kohta kaks huvitavat," ütleb Sandora. „Kui tumeaine osutub PIDMiks: esimene on see, et inflatsioon toimus väga suure energiaga, mis omakorda tähendab, et see suutis tekitada mitte ainult varajase universumi temperatuuri kõikumisi, vaid ka kosmoseaega ise, gravitatsioonilainete kujul. Teiseks ütleb see meile, et inflatsiooni energia pidi lagunema mateeriaks eriti kiiresti, sest kui see oleks liiga kaua aega võtnud, oleks universum jahtunud niikaugele, et ta poleks üldse suutnud PIDM-e toota. "
Nende gravitatsiooniliste lainete olemasolu võiks kinnitada või välistada tulevaste kosmilise mikrolaine taustaga (CMB) seotud uuringutega. See on põnev uudis, kuna eeldatavasti põhjustab gravitatsiooniliste lainete hiljutine avastamine uusi katseid avastada ürgseid laineid, mis pärinevad Universumi loomisest.
Nagu Sandora selgitas, kujutab see teadlastele võitu stsenaariumi, kuna see tähendab, et see viimane Dark Matteri kandidaat saab lähitulevikus tõestada või ümber lükata.
[O] stsenaarium teeb konkreetse ennustuse: järgmise põlvkonna kosmiliste mikrolainete taustkatsete käigus näeme gravitatsioonilisi laineid. Seetõttu on tegemist kaotamatu stsenaariumiga: kui me neid näeme, on see suurepärane, ja kui me neid ei näe, siis teame, et tumeaine ei ole PIDM, mis tähendab, et me teame, et sellel peab olema täiendavaid interaktsioone tavalise mateeriaga. Ja kõik see juhtub umbes järgmise kümnendi jooksul, mis annab meile palju oodata. ”
Pärast seda, kui Jacobus Kapteyn 1922. aastal esmakordselt Dark Matteri olemasolu ettepaneku tegi, on teadlased otsinud otseseid tõendeid selle olemasolust. Ja ükshaaval on välja pakutud, kaalutud ja leitud soovivad kandidaatosakesed - alates gravitinodest ja MACHOSest kuni aksioonideni. Kui midagi muud pole, on hea teada, et selle uusima kandidaadiosakese olemasolu saab lähitulevikus tõestada või välistada.
Ja kui see osutub õigeks, siis oleme lahendanud kõigi aegade ühe suurima kosmoloogilise saladuse! Samm lähemale universumi ja selle salapäraste jõudude vastastikuse mõistmise tõeliseks mõistmiseks. Kõigi teooria, siit me tuleme (või mitte)!
