神秘的“暗大爆炸”可以解释暗物质的起源

多亏了重力，至少我们知道暗物质存在。我们也知道它非常丰富，约占宇宙中所有物质的 85%。

不过，除此之外，我们一无所知。我们不知道暗物质是什么，也不知道它来自哪里，如果它是由某种弱相互作用的物质组成的，我们仍然无法直接探测到它的单个粒子。

根据美国科尔盖特大学两名研究人员的一项理论研究，即使使用更新的、高度敏感的探测方法，我们也一直无法揭开暗物质的面纱，这让我们需要重新思考这种神秘物质的性质和潜在起源。

而不是从Big Bang该研究的作者写道，与普通重子物质一样，暗物质可能在它自己的“暗大爆炸”中出现得稍晚一些。它现在可能居住在一个黑暗的区域，大部分与我们的可见区域分离，仅通过重力相互作用。

到目前为止，引力已经告诉我们我们对暗物质知之甚少。我们称之为幽灵般的物质黑暗物质，因为它不与光或其他电磁辐射相互作用，因此我们看不到它。

然而，考虑到暗物质对星系和星系团的引力影响——再加上其他线索，比如它对宇宙背景辐射的影响——我们有强有力的证据证明暗物质存在。我们只是对几乎所有其他事情一无所知，包括它是什么以及它来自哪里。

对暗物质的搜寻主要集中在弱相互作用的大质量粒子或 WIMP 的 WIMP 中。这些假设的基本粒子将通过两个四大基本力量：重力和弱核力（但不包括电磁力或强核力）。

几十年的搜索没有得到 WIMP 存在的确认，这让它们的吸引力稍微减弱了，并将更多的科学兴趣转移到了对暗物质的其他可能解释上。

“随着 WIMP 继续逃避检测，考虑与可见光扇区高度解耦的暗扇区变得越来越重要。”写这项新研究的作者、物理学家 Cosmin Ilie 和本科生研究员 Richard Casey。

2023 年，另外两名研究人员——德克萨斯大学奥斯汀分校的 Katherine Freese 和 Martin Winkler——提出一个有趣的理论：也许暗物质是在第二次大爆炸中与最初的宇宙膨胀分开形成的，他们称之为暗大爆炸。

这将挑战许多科学家目前设想这个关键时代的方式，宇宙中的所有物质和辐射（包括暗物质，无论它是什么）都来自同一物理学领域。

然而，根据 Freese 和 Winkler 的说法，暗大爆炸与暗物质的证据是一致的——只要它迅速发生，在第一次大爆炸后的大约一个月内。

在这种情况下，暗物质粒子是由仅耦合到暗或隐藏扇区的量子场的衰变产生的;超出我们当前物理学知识的假设粒子和力的集合。

黑暗大爆炸将释放一阶宇宙学相变在暗区，与第一次大爆炸后我们的可见光区所经历的现实转变变化相媲美，宇宙大爆炸将真空能量转化为辐射和粒子的热等离子体。

在他们的新研究中，Ilie 和 Casey 更深入地研究了这个想法，探索了它的可行性，并测试了一系列适合现有实验数据的不同暗大爆炸场景。

他们的工作有助于加强 Freese 和 Winkler 提出的情况，不仅证实了黑暗大爆炸的可能性，而且全面评估了此类事件可能展开的方式范围。

在他们的发现中，Ilie 和 Casey 揭示了一系列以前未被检验过的暗物质诞生的潜在参数。他们还列出了进一步测试这一概念的选项，包括可能存在可检测的痕迹——例如引力波– 被这些情景抛在后面。

“探测暗大爆炸产生的引力波可以为这种新的暗物质理论提供关键证据，”Ilie说.

他指出，虽然暗物质似乎不太可能轻易透露它的秘密，但有理由乐观地认为我们将解开这个宇宙之谜。

“以目前的实验，比如国际脉冲星时序阵列 （IPTA） 和平方公里阵列 （SKA） 即将推出，我们可能很快就会拥有以前所未有的方式测试此模型的工具，“Ilie说.

例如，NANOGrav 研究合作（IPTA 的一部分）的研究人员在 2023 年宣布，他们发现了引力波背景在宇宙中。

Ilie 和 Casey 说，这可能有助于测试暗大爆炸的概念，为进一步的研究奠定基础，最终可能会对暗物质有所了解。

该研究发表在物理评论 D.

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