Mörk materia, som forskare tror utgör cirka 80 % av universums massa, är ett av de mest svårfångade mysterierna i modern fysik. Vad exakt det är och hur det kom till är ett mysterium, men en ny studie från Johns Hopkins University tyder nu på att mörk materia kan ha funnits före Big Bang.

Studien, publicerad 7 augusti in Fysiska granskningsbrev , presenterar en ny idé om hur mörk materia föddes och hur man identifierar den med astronomiska observationer.

"Studien avslöjade ett nytt samband mellan partikelfysik och astronomi. Om mörk materia består av nya partiklar som föddes före Big Bang, de påverkar hur galaxer är fördelade på himlen på ett unikt sätt. Denna koppling kan användas för att avslöja deras identitet och dra slutsatser om tiden före Big Bang också, säger Tommi Tenkanen, en postdoktor i fysik och astronomi vid Johns Hopkins University och studiens författare.

Även om inte mycket är känt om dess ursprung, astronomer har visat att mörk materia spelar en avgörande roll i bildandet av galaxer och galaxhopar. Även om det inte är direkt observerbart, Forskare vet att mörk materia existerar genom dess gravitationseffekter på hur synlig materia rör sig och distribueras i rymden.

Under en lång tid, forskare trodde att mörk materia måste vara en överbliven substans från Big Bang. Forskare har länge sökt denna typ av mörk materia, men hittills har alla experimentella sökningar misslyckats.

"Om mörk materia verkligen var en rest av Big Bang, då borde forskare i många fall redan ha sett en direkt signal om mörk materia i olika partikelfysikexperiment, säger Tenkanen.

Att använda en ny, enkel matematisk ram, studien visar att mörk materia kan ha producerats före Big Bang under en era känd som den kosmiska inflationen när rymden expanderade mycket snabbt. Den snabba expansionen tros leda till riklig produktion av vissa typer av partiklar som kallas skalärer. Än så länge, bara en skalär partikel har upptäckts, den berömda Higgs-bosonen.

"Vi vet inte vad mörk materia är, men om det har något att göra med några skalära partiklar, det kan vara äldre än Big Bang. Med det föreslagna matematiska scenariot, vi behöver inte anta nya typer av interaktioner mellan synlig och mörk materia bortom gravitationen, som vi redan vet finns där, " förklarar Tenkanen.

Även om tanken att mörk materia fanns före Big Bang inte är ny, andra teoretiker har inte kunnat komma med beräkningar som stödjer idén. Den nya studien visar att forskare alltid har förbisett det enklast möjliga matematiska scenariot för mörk materias ursprung, han säger.

Den nya studien föreslår också ett sätt att testa ursprunget till mörk materia genom att observera signaturerna mörk materia lämnar på fördelningen av materia i universum.

"Medan den här typen av mörk materia är för svårfångad för att hittas i partikelexperiment, den kan avslöja sin närvaro i astronomiska observationer. Vi kommer snart att lära oss mer om ursprunget till mörk materia när Euclid-satelliten skjuts upp 2022. Det ska bli väldigt spännande att se vad den kommer att avslöja om mörk materia och om dess fynd kan användas för att kika in i tiden före den stora Smäll."