The Leonid Meteor Shower ha rivelato: Brilliant History di Shooting Star Show

Paul M. Sutter è un astrofisico del SUNY Stony Brook e del Flatiron Institute, conduttore di " Chiedi a questo Webman " e " Questa web radio " e autore di " Come morire in questo Web ". Sutter ha contribuito con questo articolo a Expert Voices: Op-Ed & Insights di Space.com .

Un nuovo modello dell'universo primordiale propone che il gravitone, il portatore di forza della gravità meccanica quantistica, abbia inondato il cosmo di materia oscura prima ancora che la materia normale avesse la possibilità di iniziare.

La proposta potrebbe essere un modo per collegare due dei più grandi enigmi in sospeso nella cosmologia moderna: la natura della materia oscura e la storia dell'inflazione cosmica.

Molti cosmologi pensano che quando l'universo era incredibilmente giovane (cioè meno di una frazione di secondo), abbia vissuto un periodo di espansione incredibilmente rapida noto come inflazione. Questa epoca inflazionistica è stata fondamentale per l'evoluzione futura dell'universo, poiché quell'incredibile espansione ha trasformato le fluttuazioni quantistiche microscopiche di questo tempo Web nei semi che un giorno sarebbero diventati stelle , galassie e ammassi .

L'evento reale dell'inflazione è piuttosto misterioso. Ad esempio, i cosmologi non sanno cosa abbia innescato l'inflazione, cosa l'abbia alimentata, quanto tempo sia durata o quando si sia spenta.) Ma questo quadro generale è l'unico che può spiegare gli schemi trovati nel fondo cosmico a microonde (la luce residua modello formatosi quando l'universo aveva 380.000 anni) e la distribuzione su larga scala della materia nell'universo. Le statistiche di questi modelli corrispondono a ciò che vediamo nelle fluttuazioni quantistiche, il che dà ai cosmologi la sicurezza di cui hanno bisogno per ipotizzare che ci sia un collegamento.

Alla fine dell'inflazione, il cosmo era molto più grande di prima. Ma era anche molto più vuoto, poiché tutti i contenuti che erano stati precedentemente nell'universo erano stati appena allontanati l'uno dall'altro. Rimaneva solo una cosa: qualunque cosa alimentasse l'inflazione in primo luogo, ma alla fine si esauriva. I cosmologi chiamano questa forza trainante "l' inflazione " e pensano che sia stato un campo quantistico che ha intriso tutto questo Web.

Quando l'inflazione è finita, l'inflazione è decaduta, inondando l'universo con la varietà di particelle che vediamo ai giorni nostri. Per molti versi, l'inflazione era il "vero" Big Bang . Se immagini un universo vuoto improvvisamente ricco di un'esplosione di particelle, allora è proprio questo.

Materia oscura silenziosa

Quando l'inflazione è finita, ha innescato la creazione di tutte le particelle conosciute. Quindi, presumibilmente, quello stesso evento ha prodotto anche materia oscura. I cosmologi non sono sicuri di cosa sia fatta la materia oscura, ma un'abbondanza di prove suggerisce che si tratti di un nuovo tipo sconosciuto di particella. Qualunque sia questa particella, rappresenta oltre l'80% di tutta la materia nell'universo.

I fisici hanno trascorso decenni alla ricerca di qualsiasi accenno di interazione diretta tra particelle di materia oscura e materia normale, senza alcun risultato. Se la materia oscura è davvero una particella, allora non le piace davvero parlare con la materia normale. Questo mancato rilevamento della materia oscura è piuttosto fastidioso per la storia dell'inflazione, perché se la materia oscura non parla con la materia normale, allora non ci sono ragioni per cui l'inflazione dovrebbe creare materia oscura insieme alla materia normale nell'universo primordiale.

Ora, una coppia di fisici dell'Istituto di Fisica di Helsinki ha proposto un nuovo meccanismo per generare molta materia oscura nell'universo primordiale, anche se all'inflazione non piaceva produrre materia oscura. E quel nuovo meccanismo si basa esclusivamente sulla gravità .

Questo meccanismo, che i fisici hanno delineato in un articolo nel database di preprint arXiv , presuppone che l'inflazione e la materia oscura non parlino tra loro, quindi la particella di materia oscura non viene prodotta in modo normale alla fine dell'inflazione .

Invece, i ricercatori hanno esaminato il comportamento del gonfiaggio appena prima che decadesse. Alla fine dell'inflazione, subito prima che l'inflazione se ne vada e dia origine allo zoo di particelle del nostro universo, l'inflazione si muove nel cosmo come una palla che è appena rotolata giù da una ripida collina ma non si è ancora stabilizzata.

I cosmologi chiamano questo passaggio la fase di preriscaldamento del decadimento del gonfiaggio e può dare origine a una fisica folle. Ad esempio, in questa breve fase, la gravità stessa può svolgere un ruolo importante, consentendo al gonfiaggio di connettersi alla particella di materia oscura. In questo caso, la gravità assume la forma del suo presunto vettore di forza meccanica quantistica, il gravitone. Di solito, il gravitone non partecipa alle reazioni delle particelle, ma i fisici hanno trovato un modo per farlo apparire nella fase di preriscaldamento verso la fine dell'inflazione.

La coppia ha scoperto che quando il gravitone appare nelle interazioni delle particelle in questa epoca, potrebbe fornire canali per il decadimento del gonfiamento in particelle di materia oscura. Queste particelle di materia oscura sarebbero state quindi già presenti nell'universo prima che il resto della materia normale seguisse l'esempio quando l'inflazione alla fine se ne andò.

Questo meccanismo funziona solo quando questo Web sta facendo qualcosa di interessante, come una rapida espansione durante l'inflazione. E così, quando l'inflazione ha finalmente manomesso la capacità dell'universo di creare, le particelle di materia oscura sono svanite.

I fisici hanno messo a punto il loro modello per creare la giusta quantità di materia oscura richiesta dalle osservazioni del cosmo. Tuttavia, è ancora un lavoro teorico. Ancora più importante, i fisici non sono esattamente sicuri di come la gravità interagisca con le particelle. Questo è il regime della gravità quantistica , una teoria della gravità forte su piccola scala, che è l'attuale Santo Graal della fisica moderna. Quindi, per il loro lavoro, i coautori dell'articolo hanno dovuto fare molte ipotesi su come la gravità operasse su queste scale.

Tuttavia, l'idea è interessante perché fornisce un modo per l'universo primordiale di produrre quantità significative di materia oscura e affinché quella materia oscura (essenzialmente) non parli mai più con la materia normale.

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