宇宙可能始于一次黑暗的大爆炸 _宇宙

宇宙可能始于一次黑暗的大爆炸Credit: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2302.11579
据美国物理学家组织网（by Paul M. Sutter, Universe Today）：大爆炸可能并不孤单。宇宙中所有粒子和辐射的出现可能与另一次大爆炸有关，那次大爆炸使我们的宇宙充满了暗物质粒子。我们也许能发现它。
在标准的宇宙图景中，早期宇宙是一个非常奇特的地方。也许在我们的宇宙中发生的最重大的事情是通货膨胀，在大爆炸之后的很早的时候，通货膨胀使我们的宇宙进入了一个极其快速的膨胀期。当通货膨胀结束时，驱动这一事件的奇异量子场衰变，将自身转化为今天仍然存在的大量粒子和辐射。
当我们的宇宙还不到20分钟时，这些粒子开始在我们称之为大爆炸核合成的过程中自行组装成第一批质子和中子。大爆炸核合成是现代宇宙学的支柱，因为它背后的计算准确地预测了宇宙中氢和氦的数量。
然而，尽管我们对早期宇宙的描绘取得了成功，但我们仍然不了解暗物质，暗物质是一种神秘而无形的物质形式，占据了宇宙中绝大多数的质量。大爆炸模型中的标准假设是，无论什么过程产生的粒子和辐射都会产生暗物质。在那之后，暗物质就一直存在，忽略了其他人。
但一组研究人员提出了一个新想法。他们认为，我们的通货膨胀和大爆炸核合成时代并不孤单。暗物质可能是沿着完全不同的轨迹演化的。在这种情况下，当通货膨胀结束时，宇宙中仍然充斥着粒子和辐射。但不是暗物质。相反，还有一些量子场没有衰减。随着宇宙的膨胀和冷却，额外的量子场最终发生了转变，引发了暗物质的形成。
这种方法的优点是，它将暗物质的演化与正常物质分离开来，这样大爆炸核合成就可以按照我们目前的理解进行，而暗物质则沿着一条独立的轨道演化。
这种方法也为探索各种各样的暗物质理论模型开辟了道路，因为现在它有了一个单独的进化轨迹，在计算中更容易跟踪，以了解它与观测结果的比较。例如，论文背后的团队能够确定，如果存在所谓的暗大爆炸，它必须发生在我们的宇宙还不到一个月的时候。
研究还发现，黑暗的大爆炸的出现释放了一种非常独特的强烈引力波信号，这种信号将持续到现在的宇宙中。正在进行的脉冲星计时阵列等实验应该能够探测到这些引力波，如果它们存在的话。
我们仍然不知道是否发生了黑暗的大爆炸，但这项工作为测试这一想法提供了一条明确的途径。这项研究发表在arXiv预印本服务器上。