คลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาแรกหลังบิกแบงอาจมีส่วนทำให้เกิดสสารมืด สมมติฐานนี้เกิดขึ้นจากการคำนวณที่นำเสนอโดยนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี งานนี้เปิดทางใหม่ในการอธิบายองค์ประกอบที่มีอยู่มากมายที่สุดในจักรวาล
จักรวาลที่มองเห็นได้นั้นมีเพียง 4% ของทุกสิ่งที่มีอยู่ สสารมืดมีสัดส่วนประมาณ 23% นักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามทำความเข้าใจว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร การศึกษาเผยแพร่เมื่อวันที่ 31 มีนาคม 2569 ที่มาจดหมายทบทวนทางกายภาพแสดงให้เห็นว่าระลอกสุ่มในกาลอวกาศทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของอนุภาคเฟอร์ไมโอนิก
การคำนวณสำรวจกลไกการผลิตที่ไม่เคยมีมาก่อน
ศาสตราจารย์ Joachim Kopp จาก Johannes Gutenberg University Mainz และ Azadeh Maleknejad จากมหาวิทยาลัย Swansea ได้พัฒนาการคำนวณ พวกเขาวิเคราะห์คลื่นความโน้มถ่วงสุ่มที่มีอยู่ในจักรวาลยุคแรก คลื่นเหล่านี้ก่อตัวเป็นพื้นหลังกระจายซึ่งเกิดจากกระบวนการวุ่นวายหลายอย่างหลังบิกแบงไม่นาน
กระบวนการที่อธิบายเกี่ยวข้องกับการแปลงบางส่วนของคลื่นเหล่านี้เป็นอนุภาคเฟอร์ไมโอนิกซึ่งเริ่มแรกไม่มีมวลหรือมีมวลน้อยมาก หากอนุภาคเหล่านี้ได้รับมวลในภายหลัง พวกมันก็สามารถอธิบายความหนาแน่นของสสารมืดที่สังเกตได้ในปัจจุบัน บทความนี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างกราวิตอนและเฟอร์มิออนในจุดยอดลูกบาศก์และควอติก
ผู้เขียนเน้นว่ากลไกนี้แตกต่างจากข้อเสนอก่อนหน้า มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับเขตข้อมูลเงินเฟ้อเฉพาะหรืออนุภาคสมมุติเพิ่มเติม วิธีการนี้อิงจากปรากฏการณ์ที่ได้รับการยอมรับแล้วในจักรวาลวิทยา ซึ่งก็คือ การมีอยู่ของพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงในยุคแรกเริ่ม
สสารมืดประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของจักรวาล
ทุกสิ่งที่สามารถมองเห็นได้ ดาวเคราะห์ ดวงดาว กาแล็กซี สอดคล้องกับสัดส่วนขั้นต่ำขององค์ประกอบทั้งหมด สสารมืดและพลังงานมืดครอบงำส่วนที่เหลือ อุปกรณ์ตรวจจับเช่น LIGO และ Virgo ได้จับคลื่นความโน้มถ่วงจากหลุมดำและการรวมตัวของดาวนิวตรอนแล้ว การตรวจจับเหล่านี้ยืนยันการมีอยู่ของคลื่นที่ไอน์สไตน์ทำนายไว้
อย่างไรก็ตาม ในเอกภพยุคแรก พื้นหลังสุ่มมีความรุนแรงมากกว่ามาก สภาวะสุดขั้วของอุณหภูมิและความหนาแน่นเอื้อต่อปฏิกิริยาที่หาได้ยากในปัจจุบัน การคำนวณแสดงให้เห็นว่าพลังงานบางส่วนสามารถเปลี่ยนเป็นไวล์เฟอร์มิออนหรืออนุภาคที่คล้ายกันได้
- คลื่นความโน้มถ่วงสุ่มปกคลุมจักรวาลดึกดำบรรพ์
- พลังงานบางส่วนแปลงเป็นอนุภาคเฟอร์ไมโอนิกแบบแสง
- อนุภาคได้รับมวลในระยะหลังของจักรวาล
- ความหนาแน่นที่เกิดขึ้นอาจตรงกับสสารมืดที่สังเกตได้
- กลไกไม่ต้องการอนุภาคใหม่เกินกว่าที่พิจารณาไปแล้ว
มหาวิทยาลัยไมนซ์เป็นผู้นำการวิจัยเชิงทฤษฎี
งานนี้เป็นส่วนหนึ่งของ PRISMA++ Cluster of Excellence ที่มหาวิทยาลัย Johannes Gutenberg ความร่วมมือกับมหาวิทยาลัยสวอนซีทำให้สามารถพัฒนาด้านเทคนิคของการโต้ตอบแรงโน้มถ่วงได้ Kopp อธิบายว่าบทความนี้สำรวจความเป็นไปได้ที่คลื่นความโน้มถ่วงที่มีอยู่ทั่วไปในเอกภพยุคแรกๆ บางส่วนถูกแปลงเป็นอนุภาคสสารมืด
นักวิจัยเน้นย้ำว่าผลลัพธ์ที่ได้นั้นเป็นเรื่องทั่วไป การประมาณค่าที่แม่นยำสำหรับแหล่งกำเนิดคลื่นดึกดำบรรพ์อื่นๆ จะต้องมีการจำลองขั้นสูงกว่านี้ การศึกษาครั้งนี้เปิดโอกาสให้มีการปรับปรุงในอนาคต
ผลกระทบต่อการสังเกตและการทดลองในอนาคต
เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ใช้งานอยู่และที่วางแผนไว้สำหรับทศวรรษหน้าอาจมีเบาะแสทางอ้อม หากกลไกนี้ได้รับการยืนยัน มันจะเชื่อมโยงความลึกลับอันยิ่งใหญ่สองประการเข้าด้วยกัน: ธรรมชาติของสสารมืดและพื้นหลังดั้งเดิมของคลื่นความโน้มถ่วง การทดลองการตรวจจับสสารมืดโดยตรง เช่น การค้นหา WIMP หรือแอกซอน ก็สามารถได้รับประโยชน์จากพารามิเตอร์ทางทฤษฎีใหม่ๆ ได้เช่นกัน
การวิจัยไม่ได้ช่วยตอบทุกคำถาม เธอเสนอแนวทางเพิ่มเติมที่จำเป็นต้องมีการตรวจสอบข้ามกับข้อมูลทางจักรวาลวิทยา เช่น แอนไอโซโทรปีของพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล และโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล แบบจำลองตัวเลขที่มีรายละเอียดมากขึ้นควรทดสอบความอุดมสมบูรณ์ที่แน่นอนที่เกิดจากกระบวนการ
รายละเอียดทางเทคนิคของบทความ
ชื่อเต็มของผลงานคือ “การแข็งตัวของคลื่นแรงโน้มถ่วงที่เหนี่ยวนำให้เกิดสสารมืดเฟอร์มิโอนิก” ปรากฏในเล่มที่ 136 ของจดหมายทบทวนทางกายภาพ. วันที่ตีพิมพ์คือวันที่ 31 มีนาคม 2569 ผู้เขียนได้นำเสนอค่าประมาณเชิงวิเคราะห์สำหรับความหนาแน่นพลังงานของเฟอร์มิออนที่ผลิต
กลไกการเยือกแข็งเข้านั้นแตกต่างจากการเยือกแข็งออกแบบดั้งเดิมที่ใช้ในผู้สมัครสสารมืดอื่นๆ ในนั้น อนุภาคไม่เคยเข้าสู่สมดุลทางความร้อนโดยสมบูรณ์กับพลาสมาในยุคแรกเริ่ม การผลิตเกิดขึ้นทีละน้อยผ่านการโต้ตอบกับคลื่นความโน้มถ่วง