2023 Forfatter: Kaylee MacAlister | [email protected]. Sidst ændret: 2023-05-21 07:59
Ifølge den nye teori, foreslået af sydkoreanske teoretiske fysikere, blev mørkt stof født fra Fermi -bolde, kvante "poser" med subatomære partikler, der blev pakket i tætte "lommer" under universets begyndelse. Denne teori hævder at forklare det faktum, hvorfor mørkt stof begyndte at dominere i universet over almindeligt, synligt stof.
Teoretiske fysikere ved Center for Teoretisk Fysik ved Seoul National University i Sydkorea har foreslået, at det mystiske og undvigende mørke stof kan være sammensat af såkaldte Fermi-bolde, der er tilovers fra Big Bang. De offentliggjorde deres artikel på webstedet arXiv.org elektronisk fortryk.
Fermi -bolde er hypotetiske kosmologiske objekter, der kunne forekomme under forholdene i det tidligste univers på grund af spontan symmetribrud og den efterfølgende faseovergang. De bør ikke forveksles med Fermi-bobler, kæmpe strukturer i Mælkevejen opkaldt efter Fermi gammastrålingsteleskopet og dannet af aktiviteten i det centrale supermassive sorte hul.
Mørkt stof er et mystisk stof, der kun interagerer med almindeligt stof gennem tyngdekraften og ikke interagerer med lys. Der har engang været fremsat hypoteser om, at mørkt stof kan bestå af bittesmå sorte huller, der gennemsyrer universet, men numeriske skøn udelukkede en sådan mulighed: antallet af sådanne sorte huller samt sorte huller med stjernemasse er for lille til at konvergere "Universets budget", kendt fra forskellige eksperimentelle data (fra Planck -rumobservatoriet, fra observationer af supernovaer osv.): Der bør kun være 5% af almindeligt (baryonisk) stof, 27% af mørkt stof og 68% af mørk energi. I hele universets historie er der ikke dannet så mange stjerner, at de efter deres død gav anledning til et tilstrækkeligt antal sorte huller, hvis masse ville forklare hele mængden af tilgængeligt mørkt stof. I øjeblikket betragtes teorien om koldt mørkt stof som standard, og de mest sandsynlige kandidater til rollen som dets bestanddele er de endnu uopdagede WIMP'er - svagt interagerende massive partikler.
Ifølge den nye teori kunne de eftertragtede sorte huller engang være opstået fra Fermi -bolde eller kvante "poser" med subatomære partikler - fermioner - der blandede sig i tætte "lommer" under Universets oprindelse. Denne teori hævder at forklare det faktum, hvorfor mørkt stof begyndte at dominere i universet over almindeligt, synligt stof.
"Vi fandt ud af, at Fermi -kuglerne i nogle tilfælde kunne være så tæt pakket, at fermionerne i dem var for tæt på hinanden, dette fik Fermi -bolden til at falde sammen og gøre den til et sort hul," siger en forsker ved Center for Teoretisk fysik ved Seoul National Ke-Pan Se University i et interview med Live Science.
Xie og hans kollega Kiyoharu Kavanagh fra samme Center for Teoretisk Fysik udviklede et scenario, der forklarede, hvordan mørkt stof begyndte at dominere rummet. På et tidspunkt, hvor universet var mindre end et sekund, fandt der utrolige transformationer af fysiske love sted i det. Partiklerne faldt i fælder og sluttede sig til strukturer så kompakte, at de kun kunne falde sammen og blive til sorte huller. Derefter fyldte disse sorte huller hele universet og gav det samme "budget", der blev oprettet ved hjælp af eksperimentelle metoder - den klare dominans af to andre endnu ikke påviselige komponenter over almindeligt, baryonisk stof.
Sorte huller, som mørkt stof, udsender ikke lys, så de kan i princippet blive en kilde til skjult masse. "Da sorte huller er ikke-lysende og kompakte genstande, bør deres kandidater til mørkt stof betragtes på den mest naturlige måde," siger Xie.
De ekstreme forhold, der eksisterede i det tidligste univers, tillader ændringer i fysiske processer, der allerede er umulige under de normale rum i det moderne rum. Den første ingrediens i den nye teori er et skalarfelt, ligesom Higgs -feltet, der gennemsyrer alt rum og giver partikler deres masse. Da universet ekspanderede og afkøledes, gennemgik dette skalarfelt en faseovergang, der overgik til en anden kvantemekanisk tilstand. Denne faseovergang påvirkede ikke samtidigt hele universet på én gang. I første omgang dukkede kun separate områder op, hvor overgangen allerede var begyndt, og derefter spredte det sig hele yderligere, svarende til hvordan vand koger i en gryde og dannede større og større bobler. "Denne proces kaldes en førsteordens faseovergang: vand passerer fra en flydende fase til en gasformig tilstand, men i første omgang vises gassen kun i form af voksende bobler," forklarede Ce.
Den nye tilstand af skalarfeltet, der nu bliver grundtilstand, breder sig fra disse punkter, der ligner en strøm af kogende bobler. Til sidst smelter boblerne fuldstændigt sammen med hinanden, og skalarfeltet fuldender sin faseovergang.
Imidlertid havde Xie og Kavanagh brug for en anden ingrediens for at skabe primordiale sorte huller, som er mørkt stof. De tilføjede en ny type fermion til deres model. Fermioner er partikler med halvtals spin, som omfatter elektroner, protoner og neutroner, der udgør alle almindelige atomer.
I det meget tidlige univers bevægede disse fermioner sig frit i et skalarfelt, men de kunne ikke trænge igennem de små skummende "bobler" i den nye grundtilstand i kosmos under faseovergangen beskrevet ovenfor. Efterhånden som boblerne voksede, akkumulerede fermionerne sig i de resterende lommer og blev til Fermi -bolde. Der var imidlertid en ekstra kraft, der virkede mellem disse fermioner, kendt som Yukawa -interaktionen, forårsaget af det samme skalarfelt, der blev foreslået af sydkoreanske teoretikere i deres papir. Fermioner undgår normalt at falde i den samme kvantetilstand og i små mængder, men skalarfeltet tilføjede dem interaktionskraften, der undertrykte denne naturlige frastødning. Lad os sige, at protoner og neutroner er lavet af endnu mindre partikler kaldet kvarker. Kvarker er også fermioner og undgår at falde i samme tilstand, men den ekstra atomkraft (stærk interaktion) holder dem sammen. En analog af en sådan kraft er Yukawa -interaktionen, der virker i Se og Kavanagh -modellen.
Ifølge den sydkoreanske teori, når faseovergangen var afsluttet, blev Fermi -boldenes skæbne forseglet. Klemt i små "lommer" i det hurtigt skiftende univers kollapsede flokerne af fermioner katastrofalt og dannede et stort antal små sorte huller. Disse sorte huller overlevede slutningen af faseovergangen og fyldte universet i form af mørkt stof.