ماده تاریک ممکن است قبل از بیگ بنگ به وجود آمده باشد

تفکر رایج می‌گوید «بیگ بنگ» آغاز ماده، ماده تاریک، فضا، انرژی و همه چیز بود. پس از این رویداد، جهان دوره‌ای از «تورم کیهانی» را پشت سر گذاشت که در آن اندازه‌اش در کسری غیرقابل تصور از ثانیه، به میزان ۱۰ سپتیلیون افزایش یافت.

اما برخی نظریه‌ها پیشنهاد می‌کنند که دوره‌ی تورم در واقع قبل از آنچه ما بیگ بنگ می‌نامیم، رخ داده است. اکنون، فیزیکدانان دانشگاه تگزاس (UT) در آستین در مطالعه‌ای تازه پیشنهاد کرده‌اند که ماده تاریک نیز در این بازه‌ی کوتاه شکل گرفته است.

تیم تحقیقاتی مدل جدید را «تورم گرم از طریق انجماد» یا WIFI نامیده‌اند. این مدل بیان می‌کند که ذرات ماده تاریک از برهم‌کنش‌های کوچک بین تابش و ذرات در یک «حمام حرارتی» گرم، در طول دوره تورم ایجاد می‌شوند.

«کاترین فریز»، اخترفیزیکدان نظری UT می‌گوید: «نکته‌ی منحصر به‌فرد مدل ما این است که ماده تاریک با موفقیت در طول تورم تولید می‌شود. در بیشتر مدل‌ها، هرچیزی که در طول تورم ایجاد می‌شود، بعداً با انبساط نمایی جهان از بین می‌رود؛ به‌طوری که درنهایت چیزی باقی نمی‌ماند.»

آن دوره ممکن است فروپاشی جهان قبلی باشد، مانند مدل «جهش بزرگ»، یا ممکن است تورم کیهانی باشد. این مرحله فقط یک میلیاردم ثانیه طول کشید و انرژی به ماده و نور منتقل شد تا به چیزی که به‌عنوان بیگ بنگ می‌شناسیم، تبدیل شود.

از آنجا، صحنه برای تکامل جهان طبق نظریه «نسبیت عام» آماده می‌شود. نویسندگان مطالعه‌ی اخیر اولین کسانی نیستند که پیشنهاد می‌کنند تورم کیهانی پیش از بیگ بنگ رخ داده و حتی اولین کسانی نیستند که پیشنهاد می‌کنند ماده تاریک در این دوره به وجود آمده است. چیزی که جدید است، مکانیسم آن‌ها برای چگونگی تولید این مواد عجیب به مقادیر متناسب با مشاهدات نجومی است.

تورم گرم (که عبارت «WI» در مدل جدید WIFI مربوط به آن است) یکی از ایده‌های موجود است که بیان می‌کند در حین وقوع انبساط نمایی، تابش تولید می‌شود. این امر نوعی حمام حرارتی به‌وجود می‌آورد که امکان وقوع برهم‌کنش‌های کوچک اما مهم را فراهم می‌کند.

محرک تورم کیهانی هنوز ناشناخته است، اما جایگزین آن یک میدان از ذرات فرضی به نام «اینفلیتون‌ها» است که مشابه ذره‌ی معروف هیگز هستند. در سناریوی تورم گرم، این میدان اینفلیتون مقداری از انرژی خود را در اثر تابش‌های حمام حرارتی از دست می‌دهد.

از آنجا، تابش‌ها، ذرات ماده تاریک را از طریق فرآیندی به نام «فریز کردن» یا UV تولید می‌کند. ماده تاریک هرگز به تعادل با حمام نمی‌رسد و دمای آن حمام زیر یک آستانه خاص باقی می‌ماند. طبق محاسبات تیم، این مکانیسم مقدار کافی ماده تاریک تولید می‌کند تا با مقداری که مشاهدات نجومی به ما می‌گویند مطابقت داشته باشد

البته معما هنوز حل نشده؛ زیرا پیشنهاد محققان فقط یک فرضیه از بین ایده‌های فراوان است؛ ازجمله اینکه ممکن است ماده تاریک بعداً در «بیگ بنگ تاریک» خود شکل گرفته باشد.

مدل WIFI را نمی‌توان به‌طور مستقیم تأیید کرد، اما حداقل بخشی از آن به زودی قابل بررسی خواهد بود. مطالعات آینده درباره‌ی تابش زمینه کیهانی، مانند آزمایش زمینی CMB-S4، می‌تواند فرضیه‌ی تورم گرم را مورد آزمایش قرار دهد.

«گابریله مونتفالکونه»، فیزیکدان دانشگاه تگزاس و یکی از نویسندگان مطالعه گفت: «اگر مشاهدات آینده تأیید کنند که تورم گرم پارادایم صحیحی است، به‌طور قابل توجهی استدلال تولید ماده تاریک طبق چارچوب ما را تقویت می‌کند.»

تحقیق در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.