Нова космологічна модель: ультрарелятивістське відокремлення темної матерії в ранньому Всесвіті

У січні 2026 року в авторитетному науковому журналі Physical Review Letters було опубліковано фундаментальну працю, яка суттєво переглядає сучасні космологічні уявлення про механізми формування темної матерії. Група дослідників з Університету Міннесоти в Твін-Сітіс та Університету Париж-Сакле представила нову теоретичну модель. Згідно з цією концепцією, темна матерія могла відокремитися від загального середовища раннього Всесвіту в ультрарелятивістському, або так званому «розпеченому» стані, проте згодом вона встигла охолонути до температурних показників, необхідних для подальшого формування холодної темної матерії.

Це дослідження ставить під сумнів давно усталений науковий постулат про те, що темна матерія обов'язково повинна була бути холодною вже в момент свого «замерзання» в епоху постреляційного розігріву. Історично склалося так, що необхідність у холодній темній матерії була зумовлена фізичними обмеженнями: гаряча темна матерія, подібна до маломасивних нейтрино, зазвичай призводить до значного придушення формування великомасштабної структури Всесвіту. Професор Кіт Олів з Університету Міннесоти неодноразово звертав увагу наукової спільноти на це обмеження, яке безпосередньо пов'язане із затримкою структурної еволюції космосу.

Провідний автор наукової роботи, аспірант Школи фізики та астрономії Міннесотського університету Стівен Хенріх, надав важливі уточнення щодо результатів аналізу. Він зазначив, що хоча темна матерія дійсно має бути холодною для забезпечення процесів гравітаційного структуроутворення, нова робота повністю спростовує жорстку вимогу щодо її початкової холодної фази в момент первинного відокремлення в примордіальному Всесвіті. Команда науковців детально проаналізувала механізми виробництва частинок у період надвисоких енергій безпосередньо після інфляції. Вони продемонстрували, що ультрарелятивістське відокремлення надає достатньо часу для поступового остигання темної матерії до початку формування перших космічних структур, що цілком задовольняє наявні астрономічні обмеження.

Співавтор дослідження, професор Університету Париж-Сакле Ян Мамбріні, зауважив, що ця робота відкриває нові горизонти для вивчення того періоду історії Всесвіту, який є надзвичайно близьким до моменту Великого вибуху. Це дозволяє безпосередньо пов'язати фундаментальні властивості темної матерії з фізикою процесів розігріву. Теоретичні розрахунки вчених припускають, що темна матерія з масою понад кілька тисяч електронвольт встигає охолонути приблизно до одного електронвольта до епохи початку активного росту космічної структури. Такі результати відповідають суворим обмеженням, отриманим завдяки сучасним галактичним оглядам та точним вимірюванням реліктового випромінювання. Це значно розширює допустимий простір параметрів для різних моделей темної матерії, включаючи такі популярні гіпотези, як WIMP та FIMP.

Дане теоретичне досягнення, яке отримало фінансову підтримку програми Європейського Союзу «Горизонт 2020» за грантом Марії Склодовської-Кюрі, тепер потребує подальшого емпіричного підтвердження. Дослідники вже планують проведення майбутніх тестів із використанням потужних прискорювачів частинок, складних підземних експериментів з виявлення розсіювання та спеціалізованих астрофізичних зондів для перевірки гіпотези про ультрарелятивістське відокремлення. Робота пропонує науковій спільноті набагато гнучкіший погляд на ранні етапи розвитку Всесвіту, де хаотичний період розігріву відіграє значно вагомішу роль у визначенні кінцевих фізичних властивостей темної матерії, ніж вважалося раніше.