Стандардни модел космологије говори нам да је само 4,9% Универзума сачињено од обичне материје (тј. Оне коју можемо видети), док остатак чини 26,8% тамне материје и 68,3% тамне енергије. Као што би имена наговештавала, не можемо их видети, па је њихово постојање морало закључити на основу теоријских модела, опажања велике структуре свемира и његових привидних гравитационих ефеката на видљиву материју.
Откад је први пут предложен, није недостајало предлога о томе како изгледају честице Дарк Маттер-а. Недавно су многи научници предложили да се Тамна материја састоји од слабо интерактивних масивних честица (ВИМП), које су око 100 пута веће од масе протона, али делују попут неутрина. Међутим, сви покушаји проналаска ВИМП-а помоћу експеримената судара постали су празни. Као такви, научници у последње време истражују идеју да тамна материја може бити састављена у нечему другом.
Тренутни космолошки модели имају тенденцију да претпостављају да је маса тамне материје око 100 Гев (Гига-електроволти), што одговара скали масе многих других честица које међусобно делују слабом нуклеарном силом. Постојање такве честице било би у складу са суперсиметричним наставцима Стандардног модела физике честица. Даље се верује да би такве честице биле произведене у врућем, густом, раном Универзуму, са густином масе која је остала доследна до данас.
Међутим, текући експериментални напори на откривању ВИМП-а нису успели да пруже никакве конкретне доказе о тим честицама. Они укључују потрагу за производима уништавања ВИМП-а (тј. Гама, неутрина и космичких зрака) у оближњим галаксијама и кластерима, као и директне експерименте детекције помоћу суперколијара, попут ЦЕРН-овог великог хадронског сударача (ЛХЦ) у Швајцарској.
Због тога су многи истраживачки тимови почели да разматрају даље од парадигме ВИМП-а како би пронашли Дарк Маттер. Један такав тим чини група космолога из ЦЕРН-а и ЦП3-Оригинс из Данске, који су недавно објавили студију у којој су показали да би Дарк Маттер могао бити много тежи и мање интерактиван него што се раније мислило.
Како је др. МцЦуллен Сандора, један од чланова истраживачког тима из ЦП-3 Оригинс, рекао за Спаце Магазине е-поштом:
„Још не можемо искључити ВИМП сценарио, али са сваком годином постаје све више и више сумњамо да ништа нисмо видели. Поред тога, уобичајена физика слабог обима пати од хијерархијског проблема. Због тога су све честице о којима знамо толико лагане, посебно у погледу природне скале гравитације, Планцк-ове скале, која износи око 1019 ГеВ. Дакле, да је тамна материја ближа Планцковој скали, то не би трпело проблем хијерархије, а то би такође објаснило зашто нисмо видели потписе повезане са ВИМП-ом. "
Помоћу новог модела који називају Планцкиан Интерацтинг Дарк Маттер (ПИДМ), тим је истраживао горњу границу масе тамне материје. Док ВИМП масе тамне материје постављају на горњу границу скале електро слаба, дански истраживачки тим Мартхиас Гарни, МцЦуллен Сандора и Мартин С. Слотх предложио је честицу са масом у близини друге природне скале у потпуности - Планцк-ове скале.
На лествици Планцк, једна јединица масе еквивалентна је 2.17645 × 10-8 кг - отприлике микрограм, или 1019 пута већа од масе протона. При овој маси, сваки ПИДМ је у основи толико тежак колико честица може да постане минијатурна црна рупа. Тим такође теоретизира да ове ПИДМ честице комуницирају са обичном материјом само путем гравитације и да се велики број њих формирао у врло раном Универзуму током епохе „загревања“ - периода који се догодио на крају инфлаторне епохе, неких 10-36 т0 10-33 или 10-32 секунди након Великог праска.
Ова епоха је тако названа, јер се током инфлације верује да су се космичке температуре смањиле за фактор 100 000 или нешто више. Кад се инфлација завршила, температуре су се вратиле на своју претинфлаторну температуру (процењена 1027 К). У овом тренутку, велика потенцијална енергија инфлационог поља пропадала је у честице Стандардног модела који су напунили Универзум, а који би укључивао и Дарк Маттер.
Наравно, ова нова теорија долази са својим делом импликација за космологе. На пример, да би овај модел функционисао, температура епохе за загревање би морала да буде виша него што се тренутно претпоставља. Штавише, топлији период загревања би такође резултирао стварањем примордијалних гравитационих таласа, који би били видљиви у космичкој микроталасној позадини (ЦМБ).
„Имати тако високу температуру говори нам о две занимљивости о инфлацији“, каже Сандора. „Ако се покаже да је тамна материја ПИДМ: прва је да се инфлација догодила на врло високој енергији, што заузврат значи да је била у стању да произведе не само флуктуације температуре раног свемира, већ и самог свемирског времена, у облику гравитационих таласа. Друго, то нам говори да би енергија инфлације морала брзо да пропадне у материју, јер да је све предуго трајало, универзум би се охладио до тачке у којој уопште не би могао да произведе било који ПИДМ. "
Постојање ових гравитационих таласа могло би се потврдити или искључити будућим студијама које укључују Космичку микроталасну позадину (ЦМБ). Ово је узбудљива вест, јер се очекује да ће недавно откриће гравитационих таласа довести до поновних покушаја детекције примордијалних таласа који потичу од самог стварања Универзума.
Као што је Сандора објаснио, ово представља добитни сценариј за научнике, јер значи да ће овај последњи кандидат за Дарк Маттер бити у стању да се докаже или оспори у блиској будућности.
„[О] ур сценариј даје конкретно предвиђање: видећемо гравитационе таласе у следећим експериментима космичких микроталасних позадина. Стога је то сценариј без губитка: ако их видимо, то је сјајно, а ако их не видимо, знаћемо да тамна материја није ПИДМ, што ће значити да знамо да мора имати неке додатне интеракције са обичном материјом. И све ће се то догодити у наредној деценији или тако нешто, што нам даје много чему да се радујемо. “
Откад је Јацобус Каптеин први пут предложио постојање Мрачне материје 1922. године, научници су тражили неке директне доказе о његовом постојању. И једна по једна, кандидатске честице - у распону од гравитиноса и МАЦХОС-а до осовина - предложене су, извагане и жељеле су. Ако ништа друго, добро је знати да се постојање ове најновије честице кандидата може доказати или искључити у блиској будућности.
А ако се покаже да је тачна, решићемо једну од највећих космолошких мистерија свих времена! Корак ближе истинском разумевању Универзума и начину на који његове мистериозне силе делују. Теорија свега, ево нас (или не)!
