Standardni model kozmologije nam pove, da je le 4,9% vesolja sestavljeno iz navadne snovi (t.j. tiste, ki jo lahko vidimo), preostanek pa je sestavljen iz 26,8% temne snovi in 68,3% temne energije. Kot kažejo imena, jih ne moremo videti, zato je bilo treba sklepati o njihovem obstoju na podlagi teoretičnih modelov, opazovanj velikega obsega vesolja in njegovih navideznih gravitacijskih vplivov na vidno snov.
Odkar je bil prvič predlagan, ni manjkalo predlogov, kako izgledajo delci Dark Matter-a. Nedolgo nazaj so mnogi znanstveniki predlagali, da temno snov sestavljajo slabe interaktivne masivne delce (WIMP), ki so približno 100-krat večji od mase protona, vendar delujejo kot nevtrini. Vsi poskusi iskanja WIMP-jev s poskusi trkalnikov so postali prazni. Tako znanstveniki v zadnjem času raziskujejo idejo, da je temna snov morda v celoti sestavljena iz nečesa drugega.
Trenutni kozmološki modeli ponavadi domnevajo, da je masa temne snovi približno 100 Gev (giga-elektrovolti), kar ustreza masni lestvici številnih drugih delcev, ki medsebojno delujejo s šibko jedrsko silo. Obstoj takega delca bi bil skladen s superzimetričnimi razširitvami standardnega modela fizike delcev. Nadalje verjamejo, da bi takšni delci nastali v vročem, gostem, zgodnjem Vesolju, z masno gostoto snovi, ki je ostala dosledna do danes.
Vendar nenehna eksperimentalna prizadevanja za odkrivanje WIMP niso predložila nobenih konkretnih dokazov o teh delcih. Ti vključujejo iskanje produktov uničevanja WIMP (tj. Gama žarkov, nevtrinov in kozmičnih žarkov) v bližnjih galaksijah in grozdih, pa tudi poskuse neposrednega odkrivanja z uporabo superkolidorjev, kot je CERN Large Hadron Collider (LHC) v Švici.
Zaradi tega je veliko raziskovalnih skupin začelo razmišljati, da bi presegli paradigmo WIMP, da bi našli Dark Matter. Eno takšnih skupin sestavlja skupina kozmologov iz CERN-a in CP3-Origins na Danskem, ki je nedavno objavila študijo, ki navaja, da je Dark Matter lahko veliko težji in veliko manj interaktiven, kot se je prej mislilo.
Kot je za Space Magazine po e-pošti povedal dr. McCullen Sandora, eden izmed članov raziskovalne skupine iz CP-3 Origins:
"Scenarija WIMP še ne moremo izključiti, a z vsakim letom postaja vse bolj sumljivo, da nismo videli ničesar. Poleg tega običajna fizika šibkega obsega trpi zaradi hierarhičnega problema. Zato so vsi delci, ki jih poznamo, tako lahki, zlasti glede naravne lestvice gravitacije, Planckove lestvice, ki znaša približno 1019 GeV Če bi bila temna snov bližje Planckovi lestvici, ne bi prišlo do hierarhije in bi to tudi razložilo, zakaj podpisov, povezanih z WIMP, nismo videli. "
Z novim modelom, ki ga imenujejo Planckian Interacting Dark Matter (PIDM), ekipa raziskuje zgornjo mejo mase temne snovi. Medtem ko so WIMP maso temne snovi postavili na zgornjo mejo lestvice elektropodaja, je danska raziskovalna skupina Marthias Garny, McCullen Sandora in Martin S. Sloth predlagala delce z maso blizu drugega naravnega obsega v celoti - lestvice Planck.
Na lestvici Planck je ena enota mase enaka 2.17645 × 10-8 kg - približno mikrogram, ali 1019 krat večja od mase protona. Pri tej masi je vsak PIDM v bistvu tako težek, kot je lahko delec, preden postane miniaturna črna luknja. Skupina tudi teoretizira, da ti delci PIDM z navadno snovjo delujejo le s pomočjo gravitacije in da se je veliko število njih oblikovalo v zelo zgodnjem vesolju med epoho »ponovnega segrevanja« - obdobja, ki se je zgodilo ob koncu inflacijske epohe, približno 10-36 t0 10-33 ali 10-32 sekund po velikem udaru.
Ta doba je tako imenovana, ker se med inflacijo kozmične temperature znižajo za faktor 100.000 ali več. Ko se je inflacija končala, so se temperature vrnile na svojo pred inflacijsko temperaturo (predvidoma 1027 K). Na tej točki je velika potencialna energija inflacijskega polja razpadla v delce Standardnega modela, ki so napolnili Vesolje, ki bi vključeval Dark Matter.
Seveda ta nova teorija prihaja s svojim deležem posledic za kozmologe. Na primer, da bi ta model deloval, bi morala biti temperatura epohe za ponovno ogrevanje višja, kot je trenutno predvidena. Še več, bolj vroče obdobje ogrevanja bi povzročilo tudi nastanek primordialnih gravitacijskih valov, ki bi bili vidni v kozmičnem mikrovalovnem ozadju (CMB).
"Tako visoka temperatura nam pove dve zanimivi stvari o inflaciji," pravi Sandora. "Če se izkaže, da je temna snov PIDM: prva je, da se je inflacija zgodila z zelo veliko energijo, kar posledično pomeni, da je lahko ustvarila ne samo nihanje temperature zgodnjega vesolja, ampak tudi v samem vesolju, v obliki gravitacijskih valov. Drugič, govori nam, da je morala energija inflacije izredno hitro propadati v materijo, ker če bi trajalo predolgo, bi se vesolje ohladilo do te mere, da sploh ne bi moglo proizvesti nobenih PIDM. "
Obstoj teh gravitacijskih valov bi lahko potrdili ali izključili prihodnje študije, ki vključujejo kozmično mikrovalovno ozadje (CMB). To je zanimiva novica, saj naj bi nedavno odkritje gravitacijskih valov pripeljalo do ponovnih poskusov zaznavanja primordialnih valov, ki segajo v sam nastanek vesolja.
Kot je pojasnil Sandora, to predstavlja znanstveni scenarij za vse znanstvenike, saj to pomeni, da bo tega najnovejšega kandidata za Dark Matter mogoče dokazati ali oporekati v bližnji prihodnosti.
„Scenarij [O] ur konkretno napoveduje: gravitacijski valovi bomo videli v naslednji generaciji eksperimentov kozmičnega mikrovalovnega ozadja. Zato je scenarij brez izgube: če jih vidimo, je to super, in če jih ne vidimo, bomo vedeli, da temna snov ni PIDM, kar bo pomenilo, da vemo, da mora imeti nekaj dodatnih interakcij z navadno snovjo. In vse to se bo zgodilo v naslednjem desetletju ali tako, kar nam daje veliko pričakovanja. "
Že odkar je Jacobus Kapteyn leta 1922 prvič predlagal obstoj Temne materije, znanstveniki iščejo nekaj neposrednih dokazov o njegovem obstoju. In enega za drugim so predlagane, tehtane in želene delce - od gravitinov in MACHOS-ov do osi - predlagane, tehtane in želene. Če nič drugega, je dobro vedeti, da se lahko obstoj te najnovejše kandidatne delnice dokaže ali izključi v bližnji prihodnosti.
In če se izkaže za pravilno, bomo razrešili eno največjih kozmoloških skrivnosti vseh časov! Korak bližje resničnemu razumevanju Vesolja in interakciji njegovih skrivnostnih sil. Teorija vsega, tu pridemo (ali ne)!
