Čudan oblik viskozne tamne materije, koji čini većinu materije u svemiru, mogao bi imati iznenađujući učinak na njegovu ranu evoluciju - i olakšati otkrivanje valova s Velikog praska. Poznato je da je tamna tvar tajanstvena tvar koja čini 80% tvari u našem svijetu, ali s običnom materijom djeluje samo gravitacijski. Trenutačno se najpopularnijim kandidatom za tamnu tvar smatraju WIMP-ovi (WIMP-ovi), koji imaju slabe interakcije s masivnim česticama, ali desetljećima traženja ove čestice nije se dogodilo ništa. WIMP takoder predviđaju specifične stvari koje ne vidimo u Svemiru, poput naručja mini-galaksija oko Mliječnog puta.
Ima i drugih kandidata s tamnom materijom. Na primjer, Paul Shapiro sa Sveučilišta u Teksasu u Austinu i njegovi kolege prethodno su istraživali jedan alternativni oblik tamne materije koji uključuje čestice nazvane bozoni, koji - za razliku od WIMP-a i obične materije - mogu biti u istom kvantnom stanju. Ovo svojstvo im također može omogućiti da se stapaju u čudno, viskozno stanje materije - Bose-Einsteinov kondenzat (BEC), u kojem se populacija čestica ponaša kao jedan kvantni objekt.
Sada Shapiro i njegov diplomski student Buha Li proučavaju kako je ovaj oblik tamne materije mogao utjecati na rani svemir.
Izbacivanje rasta
Kozmolozi su navikli razmišljati kako je u prvim trenucima svog postojanja svemir doživio eksponencijalni skok rasta. Ovo širenje, koje se dogodilo u prvih nekoliko sekundi nakon Velikog praska, naziva se inflacija i trebalo je poslati relativističke pukotine kroz svemirski vremenski period - primordijalne (ili primitivne, nazovite to kako hoćete) gravitacijske valove.
Fizičari su mislili da vide dokaze tih valova dok su radili s BICEP2 teleskopom u 2013. godini, ali pokazalo se da to nije slučaj. No početkom ove godine, eksperiment LIGO vidio je gravitacijske valove sudarajući se crne rupe, što je dokazalo da takvi valovi stvarno postoje.
Na standardnoj slici ti bi prvobitni gravitacijski valovi trebali biti toliko mali da ih LIGO nikada neće vidjeti. "U našem se modelu događa nešto potpuno drugačije", kaže Shapiro. "Tamna materija mijenja svoje ponašanje ako se vratimo u vrijeme."
Promotivni video:
Iako se viskozna tamna tvar ponaša na potpuno isti način kao danas WIMP, proračuni znanstvenika pokazuju da se u ranim fazama njezino ponašanje promijenilo: djelovalo je ne poput materije, već poput zračenja. Pomičući se još više unatrag u vremenu, tamna tvar bila je gušća i ponašala se poput tekućine, odupirući se kompresiji.
"Kad to pokušavamo razbiti, moramo imati na umu pritisak", kaže Shapiro. - Kad je sakupite u hrpu, želi da se nabrekne natrag. Izgleda da ispunjavamo Svemir tekućinom."
Znanstvenici nisu očekivali da će to otkriti.
Ova elastičnost znači da je ta čudna viskozna tamna tvar mogla usporiti brzinu širenja svemira u to vrijeme. Počevši od samog kraja inflacije, svemir bi se širio mnogo sporije tamnom tvarom nego bez njega.
Ali primarni gravitacijski valovi trebali su pucati kroz mladi Svemir istom brzinom kao i prije. A zato što su se lakše ispisali na pozadini, možda ih je lakše uočiti.
Primarni valovi
U razgovoru na sastanku Američkog fizičkog društva u Salt Lake City-u, Utah, prošlog mjeseca, nekoliko je znanstvenika reklo da bi takva tamna tvar mogla suzbiti ekspanziju dovoljno da primordijalni gravitacijski valovi otkriju snage LIGO.
"U standardnoj povijesti, bez naše tamne materije, oni će biti znatno ispod granice na kojoj ih gravitacijski detektori valova, trenutni ili budući, mogu otkriti. Ali naš model pokazuje da nade još uvijek ima."
Tanya Rejimbo iz tima LIGO ističe da, pošto postoji toliko mnogo da ne znamo kakav je bio rani svemir, nemoguće je sa sigurnošću reći o takvoj mogućnosti. Prema njenom mišljenju, ne postoji jamstvo da ti valovi postoje ili da će ih naši budući detektori moći vidjeti. No, ovo je djelo zanimljivo jer pruža takvu priliku.
ILYA KHEL