Den konstiga formen av viskös mörk materia, som står för det mesta av materien i universum, kan ha en överraskande effekt på dess tidiga utveckling - och göra ringar från Big Bang lättare att upptäcka. Det är känt att mörk materia är ett mystiskt ämne som utgör 80% av ämnet i vår värld, men interagerar bara med vanlig materia endast tyngdkraft. För närvarande anses den mest populära kandidaten för mörk materia vara WIMPs (WIMPs), svagt samverkande massiva partiklar, men decennier av sökning efter denna partikel har lett till ingenting. WIMP: er förutspår också specifika saker som vi inte ser i universum, som en svärm av minigalaxer runt Vintergatan.
Det finns andra kandidater med mörk materia. Till exempel utforskade Paul Shapiro från University of Texas i Austin och hans kolleger en alternativ form av mörk materia som inkluderar partiklar som kallas bosoner, som - till skillnad från WIMP och vanlig materia - kan vara i samma kvanttillstånd. Den här egenskapen kan också tillåta dem att sammanfogas till ett konstigt, visköst tillstånd av materia - ett Bose-Einstein-kondensat (BEC), där en population av en partikel uppför sig som ett enda kvantobjekt.
Nu studerar Shapiro och hans doktorand Buha Li hur denna form av mörk materia kunde ha påverkat det tidiga universum.
Tillväxtspurt
Kosmologer är vana att tänka att universum i de första ögonblicken av dess existens upplevde en exponentiell tillväxt. Denna utvidgning, som ägde rum under de första sekunderna efter Big Bang, kallas inflation och var tänkt att skicka relativistiska krusningar genom rymdtid - primordiala (eller primitiva, kalla det vad du vill) gravitationsvågor.
Fysiker trodde att de såg bevis på dessa vågor när de arbetade med BICEP2-teleskopet 2013, men det visade sig inte vara fallet. Men tidigare i år såg LIGO-experimentet gravitationsvågor av kolliderande svarta hål, vilket bevisade att sådana vågor faktiskt finns.
I standardbilden bör dessa primitiva gravitationsvågor vara så små att LIGO aldrig kommer att se dem. "Något helt annat händer i vår modell," säger Shapiro. "Mörk materia ändrar dess beteende om vi går tillbaka i tiden."
Kampanjvideo:
Även om viskös mörk materia uppträder på exakt samma sätt som WIMP: er gör i dag, visar forskarnas beräkningar att i de tidiga stadierna dess beteende förändrats: det agerade inte som materia, utan som strålning. När vi rörde oss ännu längre tillbaka i tiden var mörk materia tätare och uppförde sig som en vätska, motsatte sig kompression.
"När vi försöker bryta det måste vi tänka på trycket," säger Shapiro. - När du samlar den i en hög, vill den svälla tillbaka. Vi verkar fylla universum med vätska."
Forskare förväntade sig inte att hitta detta.
Denna elasticitet innebär att denna konstiga, viskösa mörka materia kan ha bromsat universumets expansionshastighet vid den tiden. Från början i slutet av inflationen skulle universum expanderas mycket långsammare med mörk materia än utan den.
Men de primära gravitationsvågorna skulle ha skjutit genom det unga universumet med samma hastighet som tidigare. Och eftersom de var lättare att skriva ut mot bakgrunden kan de vara lättare att upptäcka.
Primära vågor
I ett föredrag vid ett möte i American Physical Society i Salt Lake City, Utah, förra månaden, sa ett par forskare att en sådan mörk materia skulle kunna undertrycka expansionen tillräckligt för att primitiva gravitationsvågor kan upptäckas av LIGO-styrkor.
”I standardhistoria, utan vår mörka materia, kommer de att ligga långt under gränsen vid vilken gravitationsvågdetektorer, nuvarande eller framtida, kan upptäcka dem. Men vår modell visar att det fortfarande finns hopp."
Tanya Rejimbo från LIGO-teamet påpekar att eftersom det finns så mycket vi inte vet om hur det tidiga universum var, är det omöjligt att säga med säkerhet om en sådan möjlighet. Enligt hennes åsikt finns det ingen garanti för att dessa vågor finns eller att våra framtida detektorer kommer att kunna se dem. Men detta arbete är intressant eftersom det ger en sådan möjlighet.
ILYA KHEL