Δύο νέες μελέτες από τον καθηγητή Stefano Profumo στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Cruz, προτείνουν τολμηρές και ελέγξιμες ιδέες σχετικά με την μυστηριώδη προέλευση της σκοτεινής ύλης, μιας ουσίας που αποτελεί το 80% όλης της ύλης στο σύμπαν, αλλά δεν έχει ακόμη ανιχνευθεί άμεσα.
Αντί να βασίζεται σε συμβατικά μοντέλα που υποθέτουν ότι η σκοτεινή ύλη πρέπει να αλληλεπιδρά με τα συνηθισμένα σωματίδια με κάποιο τρόπο, το έργο του Profumo επικεντρώνεται σε βαρυτικούς μηχανισμούς που αναδύονται από το πολύ πρώιμο σύμπαν, βασισμένους στη γνωστή φυσική αλλά επεκτεινόμενους σε νέες κατευθύνσεις.
Σε μια μελέτη, ο Profumo διερευνά την ιδέα ενός «κόσμου-καθρέφτη» – ενός κρυφού τομέα με τη δική του εκδοχή της ισχυρής πυρηνικής δύναμης, παρόμοια με την κβαντική χρωμοδυναμική (QCD), αλλά αόρατο στα όργανά μας.
Αυτή η «σκοτεινή QCD» θα περιλάμβανε σωματίδια όπως σκοτεινά κουάρκ και σκοτεινά γλουόνια, τα οποία θα μπορούσαν να συνδεθούν μεταξύ τους σε βαριά σύνθετα σωματίδια που ονομάζονται σκοτεινά βαρυόνια.
Στις συνθήκες του πρώιμου σύμπαντος, αυτά τα σκοτεινά βαρυόνια θα μπορούσαν να έχουν καταρρεύσει σε μικροσκοπικά αντικείμενα που μοιάζουν με μαύρη τρύπα – το καθένα με μάζα μερικές φορές τη μάζα Planck.
Αν και αόρατα, αυτά τα υπολείμματα θα αλληλεπιδρούσαν βαρυτικά και θα μπορούσαν συλλογικά να εξηγήσουν όλη τη σκοτεινή ύλη που παρατηρείται σήμερα.
Η δεύτερη μελέτη εξετάζει εάν η σκοτεινή ύλη μπορεί να σχηματίστηκε όχι από σωματίδια, αλλά από τις κβαντικές επιδράσεις της ίδιας της διαστολής του σύμπαντος.
Λίγο μετά τον πληθωρισμό, εάν το σύμπαν βίωνε μια άλλη σύντομη φάση επιταχυνόμενης διαστολής – πιο αργή από τον πληθωρισμό αλλά ταχύτερη από την κανονική ακτινοβολία ή ύλη – μπορεί να είχε εκπέμψει σωματίδια μέσω μιας διαδικασίας παρόμοιας με την ακτινοβολία Hawking από τις μαύρες τρύπες.
Εφαρμόζοντας την κβαντική θεωρία πεδίου σε καμπύλο χωροχρόνο, ο Profumo δείχνει ότι θα μπορούσε να παραχθεί ένα ευρύ φάσμα μαζών σκοτεινής ύλης, ανάλογα μόνο με τις ιδιότητες αυτής της διαστολής.
Είναι κρίσιμο ότι αυτή η θεωρία δεν απαιτεί υποθέσεις σχετικά με το πώς αλληλεπιδρά η σκοτεινή ύλη – απλώς ότι είναι σταθερή και παράγεται βαρυτικά.
Αυτά τα υποθετικά αλλά μαθηματικά συνεπή μοντέλα προσφέρουν εναλλακτικές λύσεις στη συμβατική σωματιδιακή σκοτεινή ύλη, όπως τα WIMP ή τα αξιόνια, ειδικά επειδή πολλά πειράματα άμεσης ανίχνευσης έχουν αποδώσει μηδενικά αποτελέσματα.
Το έργο του Profumo βασίζεται στην κληρονομιά της κοσμολογικής έρευνας του UC Santa Cruz, η οποία βοήθησε στην ανάπτυξη του μοντέλου Λάμδα-Ψυχρής Σκοτεινής Ύλης, το οποίο εξακολουθεί να αποτελεί το κορυφαίο κοσμολογικό πλαίσιο σήμερα.
Προτείνοντας μηχανισμούς που βασίζονται στην καθιερωμένη φυσική—όπως οι θεωρίες μέτρησης SU(N) και τα φαινόμενα κοσμικού ορίζοντα—ο Profumo διευρύνει την κατανόησή μας για την πιο ασαφή ουσία του σύμπαντος.
Αυτές οι νέες ιδέες θα μπορούσαν να καθοδηγήσουν μελλοντικές θεωρητικές και παρατηρησιακές προσπάθειες στην τρέχουσα αναζήτηση για να αποκαλυφθεί τι πραγματικά είναι η σκοτεινή ύλη.
ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
Stefano Profumo, Σκοτεινή ύλη από ορίζοντες σχεδόν Sitter, Physical Review D (2025).
