最近由科尔盖特大学的学生和教职员工团队进行的一项研究揭示了可能显著改变目前对暗物质起源理解的新见解。
物理与天文学助理教授科斯敏·伊利（Cosmin Ilie）以及2024届学生理查德·凯西（Richard Casey）调查了得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员凯瑟琳·弗里斯（Katherine Freese）和马丁·温克勒（Martin Winkler）提出的一个理论。他们建议暗物质可能源自一个被称为“暗大爆炸”（Dark Big Bang）的独立事件，可能发生在宇宙创造后的不久。
普遍的信念是，宇宙中的所有物质，包括暗物质，都源自一个称为大爆炸的单一事件。该事件标志着宇宙膨胀期的结束，当真空能量（负责初期迅速扩张）转变为充满辐射和粒子的热混合物时。
在天体物理学中，一个核心谜团是暗物质的来源和特征，暗物质今天占据宇宙能量组成的约25%。尽管暗物质尚未在地下实验室直接探测或在粒子加速器中观察到，但其引力效应在星系和超星系尺度上清晰可见。此外，暗物质还影响宇宙微波背景辐射，这是大爆炸的残余物。
在2023年，弗里斯和温克勒假设，相较于常规物质，暗物质可能是源自初始事件后的几个月内发生的另一场大爆炸。这一概念认为，暗物质粒子源自一个与暗领域唯一相关的量子场的衰变，该量子场在一个暂时稳定的真空状态中开始。
伊利和凯西的最新研究通过分析与现有实验发现相符的各种场景，精炼了暗大爆炸理论。重要的是，他们识别出一个未被探索的潜在参数范围，可能会澄清暗物质的起源。他们的研究还考察了这些新场景的可观察效应，特别是未来实验可能测量到的引力波。
伊利表示：“寻找由暗大爆炸产生的引力波可能作为支持这一新暗物质理论的关键证据。”他说：“随着国际脉冲星定时阵列（IPTA）和平方千米阵列（SKA）等即将进行的实验，我们可能很快就能以非凡的方式验证这一模型。”
NANOGrav合作组（IPTA的一部分）最近发现的背景引力波，可能与暗大爆炸的实现有关。随着未来实验提供更精确的数据，这项研究的结果可以增强我们对支配暗大爆炸参数的理解，可能确认它是真正的暗物质来源。
这些发现的影响可能超越暗物质本身，为我们提供关于宇宙早期日子的全新视角以及影响其发展的力量。对于暗物质及其起源之谜的探索仍在推动现代宇宙学的前沿研究。
