کمی قبل از بیگ بنگ، رویداد «فریز-این» ماده تاریک تولید کرد
پژوهشگران دانشگاه تگزاس در آستین (UT Austin) مدلی جدید برای توضیح منشأ ماده تاریک پیشنهاد کرده‌اند. این مدل بیان می‌کند که ماده تاریک در دوره بی‌نهایت کوتاه قبل از بیگ بنگ، زمانی که جهان به طور ناگهانی به شدت گسترده شد، به وجود آمده است.
در سال ۱۹۸۱، فیزیکدان آلن گات نظریه تورم کیهانی را پیشنهاد کرد. این نظریه بیان می‌کند که در ابتدایی‌ترین لحظات جهان، آن ۱۰ ۲۶ برابر در طول ۱۰ -۳۶ ثانیه گسترش یافت. جهان بعد از تورم همچنان ادامه دارد اما نه با چنین سرعت بی‌سابقه‌ای.
تورم کیهانی رویدادی مهم بود زیرا تمام ناهماهنگی‌ها در ساختار جهان را از بین برد. به همین دلیل است که با وجود این همه وسعت و گسترش مداوم، جهان به نظر یکنواخت و همگن است.
در پژوهش جدیدشان، پژوهشگران پیشنهاد می‌دهند که تورم در شکل‌گیری ماده تاریک از طریق سناریوی فریز-این نیز نقش داشته است.
«چیزی که در مدل ما منحصر به فرد است این است که ماده تاریک با موفقیت در طول تورم تولید می‌شود. در اکثر مدل‌های دیگر، هر چیزی که در طول تورم ایجاد می‌شود، سپس توسط گسترش نمایی جهان 'فریز می‌شود' به حدی که عملاً چیزی باقی نمی‌ماند،» کاترین فریس، محقق ارشد و استاد فیزیک در UT Austin، بیان کرد.
آیا ماده تاریک فریز-اوت شد یا فریز-این؟
به گفته نویسندگان مطالعه، ماده تاریک احتمالاً از حمام حرارتی در طول تورم گرم شکل گرفته است. حمام حرارتی به ذراتی اشاره دارد (مانند تابش و ماده) که هنگام حفظ دمای خاصی در تشکیل جهان با یکدیگر تعامل می‌کنند.
این انرژی حرارتی توسط میدان انفلاسیون (میدان تحریک‌کننده تورم) از طریق تعاملاتش حفظ شده و محیطی گرم در خلال تورم ایجاد کرد (به همین دلیل به آن تورم گرم می‌گویند). با این حال، دو امکان متفاوت برای تولد ماده تاریک از این حمام حرارتی وجود دارد.
به عنوان مثال، ممکن است در اوایل جهان ذرات ماده تاریک با ماده عادی در تعادل گرمایی بوده باشند. با گسترش و سرد شدن جهان، این ذرات فریز شدند - به این معنی که تعاملاتشان با ماده عادی متوقف شد و تراکمی ثابت پیدا کردند. این حالت به عنوان سناریوی فریز-اوت شناخته می‌شود.
پژوهشگران این امکان را رد کردند زیرا در محیطی پویا با رویدادهای شدید مانند تورم و بیگ بنگ ، تعادل حرارتی به احتمال زیاد دچار اختلال شده بود. این موضوع این فرضیه را مردود می‌سازد که ذرات ماده تاریک به اندازه کافی برای رخ دادن فریز-اوت در تعادل باقی مانده‌اند.
امکان دیگر که به نام فریز-این شناخته می‌شود، این است که ذرات ماده تاریک هرگز در تعادل حرارتی نبودند. در عوض، آن‌ها به عنوان نتیجه تعاملات نادر با انرژی بالا تولید شدند مانند تعاملات شامل تابش فرابنفش در اوایل جهان.
پژوهشگران اظهار دارند که در طول تورم گرم، میدان کوانتومی که تورم را تحریک کرد بخشی از انرژی خود را به تابش فرابنفش از دست داد و این تعامل باعث تولید ذرات ماده تاریک شد که در نهایت به محض سرد شدن جهان 'فریز شدند'.
«ما نشان دادیم که در محیط تورم گرم، حمام حرارتی مداوم می‌تواند با استفاده از تعامل غیرقابل تجزیه مشخصه فریز-این فرابنفش مقدار قابل توجهی از ماده تاریک را منبع‌یابی کند،» نویسندگان مطالعه بیان کردند.
اما همه قبل از بیگ بنگ بود
ممکن است دقت نکرده باشید اما در نسخه فریز-این که تیم UT Austin پیشنهاد کرده‌اند، یک پیچیدگی وجود دارد.
گرچه بسیاری از دانشمندان بر این باورند که تورم و فریز-این پس از بیگ بنگ رخ داده‌اند، اما بر اساس مدل تورم گرم از طریق فریز-این فرابنفش (WIFI) پیشنهادی — تولید ماده تاریک قبل از بیگ بنگ در زمانی کوتاه که جهان به‌طور نمایی گسترش یافت به دلیل تورم کیهانی رخ داد.
این دیدگاه جدید درباره تورم کیهانی می‌تواند بسیاری از نظریه‌های موجود درباره منشأ جهان ما را تحت تأثیر قرار دهد.
علاوه بر این، 'WIFI کاربرد گسترده‌تری را نشان می‌دهد مانند تولید ذرات دیگری که می‌تواند در اوایل تحول جهان نقش اساسی ایفا کند. این موضوع فرصت‌های جدید برای کاوش در پژوهش‌های آینده را برجسته می‌کند،' بارماک شمس، یکی از نویسندگان مطالعه، گفت.
با این حال، یافته‌های فعلی همچنان یک نظریه را نمایندگی می‌کنند. نویسندگان مطالعه باید مدل WIFI خود را از طریق مشاهدات معتبر سازند که ممکن است سال‌ها به طول بیانجامد.
مطالعه در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده است.
