February 22, 2024

Het heelal is mogelijk begonnen met een donkere oerknal

Het heelal is mogelijk begonnen met een donkere oerknal

credit: arXiv (2023). doi: 10.48550/arxiv.2302.11579

Misschien was de oerknal niet de enige. Het verschijnen van alle deeltjes en straling in het universum kan gepaard zijn gegaan met een nieuwe oerknal die het universum overspoelde met donkere materiedeeltjes. En misschien kunnen we het ontdekken.

In het standaard kosmologische beeld was het vroege universum een ​​heel vreemde plaats. Misschien wel het belangrijkste dat in ons universum gebeurde, was de inflatiegebeurtenis, die ons universum in zeer vroege tijden na de oerknal in een periode van extreem snelle expansie bracht. Toen de inflatie eindigde, vervaagden de vreemde kwantumvelden die aanleiding gaven tot deze gebeurtenis en transformeerden ze zichzelf in een stroom van deeltjes en straling die tot op de dag van vandaag voortduurt.

Toen het universum minder dan 20 minuten oud was, begonnen die deeltjes samen te smelten tot de eerste protonen en neutronen tijdens wat we de Big Bang noemen. De nucleaire samenstelling van de oerknal is een pijler van de moderne kosmologie, waarbij de berekeningen erachter nauwkeurig de hoeveelheid waterstof en helium in het universum voorspellen.

Maar ondanks het succes van ons beeld van het vroege universum, begrijpen we donkere materie nog steeds niet, de mysterieuze, onzichtbare vorm van materie die het overgrote deel van de massa in het universum in beslag neemt. De standaardaanname in Big Bang-modellen is dat elk proces dat deeltjes en straling voortbracht, ook donkere materie creëerde. En toen had donkere materie de overhand en negeerde alle anderen.

Maar een team van onderzoekers heeft een nieuw idee voorgesteld. Ze beweren dat de tijdperken van inflatie en de nucleaire samenstelling van de oerknal niet alleen waren. Donkere materie is mogelijk volledig langs een ander pad geëvolueerd. In dit scenario, toen de inflatie eindigde, overspoelde het het universum nog steeds met deeltjes en straling. Maar geen donkere materie. In plaats daarvan waren er enkele resterende kwantumvelden die niet waren vervallen. Terwijl het universum uitdijde en afkoelde, transformeerde dit extra kwantumveld zichzelf uiteindelijk, wat resulteerde in de vorming van donkere materie.

Het voordeel van deze benadering is dat het de evolutie van donkere materie scheidt van gewone materie, zodat de nucleaire structuur van de oerknal zoals we die nu begrijpen, kan doorgaan terwijl donkere materie langs een apart pad evolueert.

Deze benadering opent ook mogelijkheden voor het verkennen van een rijke verscheidenheid aan theoretische modellen voor donkere materie, want nu het een apart evolutionair pad heeft, is het gemakkelijker om het in berekeningen op te sporen om te zien hoe het zich verhoudt tot waarnemingen. Het team achter de krant kon bijvoorbeeld vaststellen dat als er een zogenaamde donkere oerknal was, deze moet hebben plaatsgevonden toen het universum minder dan een maand oud was.

Uit het onderzoek bleek ook dat de verschijning van de donkere oerknal een zeer uniek signaal van krachtige zwaartekrachtgolven veroorzaakte dat zich zou voortzetten in het huidige universum. Lopende experimenten zoals pulsar-timingarrays zouden deze zwaartekrachtgolven moeten kunnen detecteren, als ze bestaan.

We weten nog steeds niet of er een donkere oerknal heeft plaatsgevonden, maar dit werk geeft een duidelijk pad om het idee te testen. Het onderzoek is gepubliceerd op arXiv Prepress-server.

meer informatie:
Kathryn Friese et al., Dark Matter and Gravitational Waves from the Dark Big Bang, arXiv (2023). doi: 10.48550/arxiv.2302.11579

Tijdschrift informatie:
arXiv