우주론의 표준 모델은 우주의 4.9 %만이 보통의 물질 (즉, 우리가 볼 수있는 것)로 구성되어 있고 나머지는 26.8 %의 암흑 물질과 68.3 %의 암흑 에너지로 구성되어 있음을 알려줍니다. 이름에서 알 수 있듯이, 우리는 그것들을 볼 수 없으므로 이론적 모델, 우주의 대규모 구조에 대한 관찰 및 눈에 보이는 물질에 대한 명백한 중력 효과에 근거하여 그것들의 존재가 추론되어야했다.
처음 제안 된 이후로 암흑 물질 입자의 모양에 대한 제안이 부족하지 않았습니다. 얼마 전, 많은 과학자들은 암흑 물질이 양성자 질량의 약 100 배이지만 중성미자처럼 상호 작용하는 약한 상호 작용 질량 입자 (WIMP)로 구성되어 있다고 제안했습니다. 그러나 충돌체 실험을 사용하여 WIMP를 찾으려는 모든 시도가 비어 있습니다. 따라서 과학자들은 최근 암흑 물질이 완전히 다른 것으로 구성 될 수 있다는 아이디어를 조사해 왔습니다.
현재의 우주 론적 모델은 암흑 물질의 질량이 약 100Gev (기가 전압)이라고 가정하는 경향이 있는데, 이는 약한 핵력을 통해 상호 작용하는 다른 많은 입자들의 질량 스케일에 해당합니다. 이러한 입자의 존재는 표준 입자 물리학 모델의 초대칭 확장과 일치합니다. 또한 이러한 입자는 오늘날까지도 일관된 질량 밀도로 뜨겁고 조밀 한 초기 우주에서 생성되었을 것으로 생각됩니다.
그러나, WIMP를 검출하기위한 지속적인 실험 노력은 이들 입자의 구체적인 증거를 생성하지 못했다. 여기에는 인근 은하와 클러스터에서 WIMP 소멸 (즉, 감마선, 중성미자 및 우주 광선)의 제품 검색뿐만 아니라 스위스의 CERN LHC (Large Hadron Collider)와 같은 수퍼 콜 라이더를 사용한 직접 탐지 실험이 포함됩니다.
이로 인해 많은 연구팀이 WIMP 패러다임을 넘어서 암흑 물질을 찾는 것을 고려하기 시작했습니다. 이러한 팀 중 하나는 덴마크의 CERN과 CP3-Origins의 우주 론자들로 구성되어 있으며 최근 암흑 물질이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 무겁고 상호 작용이 적다는 연구 결과를 발표했습니다.
CP-3 Origins의 연구 팀원 중 한 명인 McCullen Sandora 박사는 Space Magazine에 이메일을 통해 다음과 같이 말했습니다.
“우리는 아직 WIMP 시나리오를 배제 할 수는 없지만 해가 갈수록 아무 것도 보지 못했다는 의심이 점점 커지고 있습니다. 또한, 일반적인 약한 물리학은 계층 구조 문제로 어려움을 겪습니다. 즉, 우리가 아는 모든 입자가 특히 가벼운 무게, 약 10 인 플랑크 스케일과 관련하여 왜 가볍습니까?19 GeV. 따라서 암흑 물질이 플랑크 규모에 더 가까우면 계층 문제로 인한 문제가 발생하지 않으며 WIMP와 관련된 서명을 보지 못한 이유도 설명 할 수 있습니다.”
팀은 Planckian Interacting Dark Matter (PIDM)라는 새로운 모델을 사용하여 암흑 물질 질량의 상한을 탐색하고 있습니다. WIMP는 암흑 물질의 질량을 일렉트로 약한 스케일의 상한에 두는 반면, Marthias Garny, McCullen Sandora 및 Martin S. 덴마크 연구팀은 또 다른 자연 스케일 인 Planck Scale 근처에 질량을 가진 입자를 제안했습니다.
플랑크 스케일에서 단일 질량 단위는 2.17645 × 10에 해당합니다.-8 kg – 대략 마이크로 그램 또는 1019 양성자의 질량보다 더 큰 시간. 이 질량에서 모든 PIDM은 입자가 소형 블랙홀이되기 전에 입자가 가질 수있는만큼 본질적으로 무겁습니다. 또한이 PIDM 입자는 중력을 통해서만 보통의 물질과 상호 작용하며, "재가열"신기원 시대에 초기 우주에서 많은 수의 입자가 형성된다는 이론을 세웠다.-36 t0 10-33 또는 10-32 빅뱅 후 몇 초.
이것은 인플레이션 동안 우주 온도가 10 만 정도 정도 하락한 것으로 여겨지기 때문에 획기적인 이름입니다. 인플레이션이 끝나면 온도가 인플레이션 이전 온도로 돌아 왔습니다 (약 1027 케이). 이 시점에서 인플레이션 필드의 큰 잠재적 에너지는 우주를 채운 표준 모델 입자로 붕괴되었으며 여기에는 암흑 물질이 포함되었습니다.
당연히이 새로운 이론은 우주 론자들에게 영향을 미친다. 예를 들어,이 모델이 작동하려면 재가열 신기원의 온도가 현재 추정 된 것보다 높아야합니다. 또한, 재가열 기간이 더 길면 우주 전자파 배경 (CMB)에서 볼 수있는 원시 중력파가 더 많이 생성됩니다.
Sandora는“이러한 고온을 유지하면 인플레이션에 대한 두 가지 흥미로운 사실을 알 수 있습니다. “암흑 물질이 PIDM으로 판명되면, 첫 번째는 인플레이션이 매우 높은 에너지에서 일어 났으며, 이는 초기 우주의 온도뿐만 아니라 시공간 자체에서도 변동을 일으킬 수 있음을 의미합니다. 중력파의 형태로. 둘째, 너무 긴 시간이 걸리면 우주는 PIDM을 전혀 생산할 수 없을 정도로 냉각 될 수 있기 때문에 인플레이션 에너지는 매우 빠르게 물질로 붕괴되어야한다고 말합니다.”
이러한 중력파의 존재는 CoMB (Cosmic Microwave Background)와 관련된 미래의 연구에 의해 확인되거나 배제 될 수 있습니다. 최근 중력파의 발견으로 인해 우주의 초창기부터 시작된 원 시파를 감지하려는 새로운 시도로 이어질 것이기 때문에 이것은 흥미로운 소식입니다.
Sandora가 설명했듯이, 이것은 Dark Matter에 대한 최신 후보자가 가까운 시일 내에 입증되거나 반증 될 수 있음을 의미하기 때문에 과학자들에게 상생 시나리오를 제시합니다.
“우리의 시나리오는 구체적인 예측을합니다. 우리는 차세대 우주 마이크로파 배경 실험에서 중력파를 보게 될 것입니다. 따라서, 그것은 잃어 버리지 않는 시나리오입니다 : 우리가 그것들을 보면, 훌륭하고, 그것들을 보지 않으면, 암흑 물질이 PIDM이 아니라는 것을 알게 될 것입니다. 이것은 우리가 추가적인 상호 작용이 필요하다는 것을 의미합니다 평범한 문제로. 그리고이 모든 것이 앞으로 10 년 안에 일어날 것이며, 우리에게 많은 기대를 할 것입니다.”
Jacobus Kapteyn이 1922 년 암흑 물질의 존재를 처음 제안한 이래로 과학자들은 그 존재의 직접적인 증거를 찾고 있습니다. 그리고 그라비티 노와 MACHOS에서 액시온에 이르는 후보 입자가 하나씩 제안되고 무게가 측정되었으며 원하는 것으로 밝혀졌습니다. 다른 것이 없다면,이 최신 후보 입자의 존재가 가까운 시일 내에 입증되거나 배제 될 수 있다는 것을 아는 것이 좋습니다.
그리고 옳은 것으로 판명되면, 우리는 모든 시간의 가장 큰 우주적 신비 중 하나를 해결했을 것입니다! 우주를 진정으로 이해하고 신비한 힘이 어떻게 상호 작용하는지에 더 가까이 다가갑니다. 모든 것의 이론, 여기에 우리가옵니다!
