De zeci de ani, oamenii de știință s-au străduit să dezvăluie secretele materiei întunecate, această substanță misterioasă invizibilă care reprezintă mai mult de 80% din materia din Univers. O nouă ipoteză revoluționară sugerează că această entitate misterioasă ar fi putut fi produsă în timpul inflației cosmice, o perioadă de expansiune exponențială a Universului care a avut loc imediat după Big Bang.
Inflația cosmică este o teorie formulată în anii 1980 pentru a rezolva mai multe puzzle-uri fundamentale în cosmologie, cum ar fi problema omogenității (de ce este Universul atât de uniform pe scară largă?) și cea a planeității (de ce cosmosul pare să aibă o curbură). aproape de zero?). Conform acestei teorii, la o fracțiune de secundă după Big Bang, Universul a suferit o expansiune exponențială extrem de rapidă. Într-un timp infinitezimal, ar fi crescut într-adevăr în dimensiune cu un factor de 10^26, o expansiune atât de rapidă încât a rezolvat aceste probleme prin netezirea neregulilor inițiale și făcând Universul aproape plat (euclidian).
În această fază de inflație, ea a fost compusă în principal din câmpuri energetice, în special câmpul ipotetic al inflatonului, o particulă scalară care ar fi responsabilă pentru această accelerație exponențială. Inflatonul și-ar fi difuzat energia în tot cosmosul, creând un mediu extrem de cald și dens. Când inflația s-a încheiat, energia sa de câmp ar fi fost convertită în particule fundamentale precum fotoni, electroni și quarci.
O nouă ipoteză propusă de cercetătorii americani sugerează însă că materia întunecată s-ar putea naște și în această perioadă critică și nu mai târziu ca în teoriile clasice. Modelul WIFI (Warm Inflation via Ultraviolet Freeze-In) propune un scenariu inovator pentru formarea materiei întunecate, legând-o direct de inflația cosmică care a avut loc imediat după Big Bang. El a fost prezentat într-un articol publicat în revista Physical Review Letters.
Imaginează-ți universul la început, imediat după Big Bang. Era un loc extrem de fierbinte și dens, unde particulele se ciocneau constant. În acest haos, anumite particule, cele care vor forma mai târziu materia întunecată, au interacționat într-un mod special. Aceste interacțiuni au fost destul de rare, dar suficient de puternice pentru a crea o “prindere” între aceste particule. Această prindere este asemănătoare cu înghețarea apei: particulele se “leagă” între ele și formează o structură mai stabilă. Acest produs este numit “gel ultraviolet”. Spre deosebire de alte particule, materia întunecată în acest scenariu nu atinge niciodată echilibrul termic cu restul cosmosului, ceea ce înseamnă că rămâne relativ stabilă în timpul inflației. Interacțiunile dintre particulele obișnuite și materia întunecată din acest model nu sunt suficient de frecvente pentru a permite formarea masivă a materiei întunecate, dar ar fi suficiente pentru a crea o cantitate semnificativă care va rezista procesului de expansiune. Gelul ultraviolet împiedică acest material să fie umflat sau șters prin accelerația cosmică, problemă întâlnită în alte teorii de producție care nu țin cont de aceste interacțiuni timpurii. Ca rezultat, acest mecanism ar putea oferi o explicație mai coerentă pentru prezența materiei întunecate în Universul timpuriu.
Această ipoteză este de o importanță capitală, deoarece nu se limitează la a oferi o nouă privire asupra materiei întunecate. De asemenea, deschide perspective fascinante pentru înțelegerea primelor etape ale Universului. În primul rând, modelul WIFI ne invită să explorăm fenomene încă prost înțelese, precum înghețarea cu ultraviolete. Acest mecanism ar putea să ne ofere o nouă viziune asupra interacțiunilor fundamentale dintre particule și să dezvăluie noi aspecte ale fizicii. Gelul ultraviolet ne provoacă cunoștințele despre modul în care particulele se formează și interacționează în condiții extreme, cum ar fi cele care au predominat imediat după Big Bang. Dacă această teorie este confirmată, ar putea răsturna modelele actuale de fizică a particulelor și cosmologie. Mecanismele de producere a materiei întunecate, așa cum sunt propuse de modelul WIFI, ar fi foarte diferite de cele avute în vedere anterior, ceea ce ar pune sub semnul întrebării cadrele teoretice existente. O astfel de revizuire ar putea nu numai să redefinim înțelegerea noastră despre materia întunecată, ci și să afecteze modul în care înțelegem evoluția timpurie a cosmosului.
În cele din urmă, această ipoteză oferă o fereastră unică asupra originilor Universului. Prin plasarea formării materiei întunecate în timpul inflației cosmice, ar permite accesul la perioade inaccesibile până acum ale istoriei cosmice. Acest lucru ar putea oferi perspective cruciale asupra stării cosmosului imediat după Big Bang, o perioadă în care condițiile erau extrem de dificil de studiat cu instrumentele actuale.
Modelul WIFI rămâne o ipoteză teoretică pentru moment, dar cercetătorii sunt optimiști în ceea ce privește verificarea lui datorită progreselor experimentale așteptate în anii următori. Una dintre principalele linii de cercetare pentru a testa această teorie constă în studiul fondului cosmic de microunde (CMB), această lumină fosilă emisă la aproximativ 380.000 de ani după Big Bang, când Universul a devenit suficient de transparent pentru ca lumina să se răspândească liber acolo. Analizarea acestei lumini ne permite să observăm informații valoroase despre condițiile Universului timpuriu. În special, detectarea și studiul semnăturilor specifice în CMB ar putea oferi indicii cruciale cu privire la proprietățile inflației la cald, un concept central al modelului WIFI. Inflația la cald presupune că, după expansiunea rapidă a Universului la începutul inflației, energia generată de acest proces ar fi contribuit la producerea de particule, inclusiv materie întunecată, într-un mod care ar putea fi relevat în fluctuațiile de temperatură și densitate prezente. în CMB. Progresele tehnologice în instrumentele de observație viitoare, cum ar fi cele care măsoară anizotropiile fondului cosmic cu microunde, ar putea oferi, prin urmare, o oportunitate unică de a confirma sau infirma existența inflației fierbinți și, prin urmare, de a ne aprofunda înțelegerea rolului
