Новая модель предполагает ультрарелятивистское разделение темной материи в ранней Вселенной

В январе 2026 года в журнале Physical Review Letters был опубликован труд, который пересматривает космологические представления о формировании темной материи. Исследователи из Университета Миннесоты в Твин-Ситис и Университета Париж-Сакле представили модель, согласно которой темная материя могла отделиться от ранней Вселенной в ультрарелятивистском, или «раскаленном», состоянии, но при этом успеть остыть до температуры, необходимой для формирования холодной темной материи.

Это исследование ставит под сомнение устоявшийся постулат о том, что темная материя должна быть холодной в момент своего «замерзания» в эпоху постреляционного разогрева. Исторически необходимость в холодной темной материи была обусловлена тем, что горячая темная материя, подобная маломассивным нейтрино, приводит к подавлению крупномасштабной структуры Вселенной. Профессор Кит Олив из Университета Миннесоты неоднократно указывал на это ограничение, связанное с подавлением структурной эволюции.

Ведущий автор работы, аспирант Стивен Хенрих из Школы физики и астрономии Миннесотского университета, уточнил, что хотя темная материя должна быть холодной для гравитационного структурообразования, новая работа опровергает требование о ее изначальной холодной фазе в момент первоначального отделения в примордиальной Вселенной. Команда проанализировала механизмы производства темной материи в период высокой энергии после инфляции и показала, что ультрарелятивистское разделение предоставляет достаточно времени для остывания темной материи до начала формирования космических структур, удовлетворяя существующим наблюдательным ограничениям.

Соавтор Ян Мамбрини, профессор Университета Париж-Сакле, отметил, что работа открывает для изучения период истории Вселенной, очень близкий к Большому взрыву, связывая свойства темной материи с физикой разогрева. Теоретические выкладки предполагают, что темная материя с массой более нескольких тысяч электронвольт успеет остыть примерно до одного электронвольта к эпохе начала роста космической структуры, что соответствует строгим ограничениям, полученным из галактических обзоров и измерений реликтового излучения. Это расширяет допустимое пространство параметров для моделей темной материи, включая WIMP и FIMP.

Данное теоретическое достижение, поддержанное программой Европейского Союза «Горизонт 2020» по гранту Марии Склодовской-Кюри, требует эмпирического подтверждения. Исследователи планируют будущие тесты с использованием ускорителей частиц, подземных экспериментов по рассеянию и астрофизических зондов для проверки гипотезы об ультрарелятивистском разделении. Работа предлагает более гибкий взгляд на раннюю Вселенную, где хаотичный период разогрева играет более значимую роль в определении конечных свойств темной материи, чем предполагалось ранее.