La strana forma della materia oscura viscosa, che rappresenta la maggior parte della materia nell'universo, potrebbe avere un effetto sorprendente sulla sua evoluzione iniziale e rendere più facili da rilevare le increspature del Big Bang. È noto che la materia oscura è una sostanza misteriosa che costituisce l'80% della sostanza nel nostro mondo, ma interagisce con la materia ordinaria solo gravitazionalmente. Attualmente, il candidato più popolare per la materia oscura è considerato i WIMP (WIMP), particelle massicce che interagiscono debolmente, ma decenni di ricerca di questa particella non hanno portato a nulla. I WIMP prevedono anche cose specifiche che non vediamo nell'Universo, come uno sciame di mini-galassie attorno alla Via Lattea.
Ci sono altri candidati alla materia oscura. Ad esempio, Paul Shapiro dell'Università del Texas ad Austin ei suoi colleghi hanno precedentemente studiato una forma alternativa di materia oscura, che include particelle chiamate bosoni, che, a differenza dei WIMP e della materia ordinaria, possono trovarsi nello stesso stato quantistico. Questa proprietà potrebbe anche consentire loro di fondersi in uno strano stato viscoso della materia: un condensato di Bose-Einstein (BEC), in cui una popolazione di una particella si comporta come un singolo oggetto quantistico.
Ora Shapiro e il suo studente laureato Buha Li stanno studiando come questa forma di materia oscura potrebbe aver influenzato l'universo primordiale.
Scatto di crescita
I cosmologi sono abituati a pensare che nei primi istanti della sua esistenza, l'universo abbia vissuto uno scatto di crescita esponenziale. Questa espansione, avvenuta nei primi secondi dopo il Big Bang, è chiamata inflazione e avrebbe dovuto inviare increspature relativistiche attraverso lo spaziotempo: onde gravitazionali primordiali (o primitive, chiamatele come volete).
I fisici pensavano di vedere le prove di queste onde quando hanno lavorato con il telescopio BICEP2 nel 2013, ma si è scoperto che non era così. Ma all'inizio di quest'anno, l'esperimento LIGO ha visto onde gravitazionali di buchi neri in collisione, che hanno dimostrato che tali onde esistono effettivamente.
Nell'immagine standard, queste onde gravitazionali primordiali dovrebbero essere così piccole che LIGO non le vedrà mai. "Qualcosa di completamente diverso sta accadendo nel nostro modello", dice Shapiro. "La materia oscura cambia il suo comportamento se torniamo indietro nel tempo."
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Sebbene la materia oscura viscosa si comporti esattamente allo stesso modo dei WIMP oggi, i calcoli degli scienziati mostrano che nelle prime fasi il suo comportamento è cambiato: non ha agito come la materia, ma come la radiazione. Spostandosi ancora più indietro nel tempo, la materia oscura era più densa e si comportava come un liquido, resistendo alla compressione.
"Quando proviamo a romperlo, dobbiamo tenere a mente la pressione", dice Shapiro. - Quando lo raccogli in una pila, vuole rigonfiarsi. Sembra che riempiamo l'Universo di liquido."
Gli scienziati non si aspettavano di trovarlo.
Questa elasticità significa che questa strana materia oscura viscosa potrebbe aver rallentato la velocità di espansione dell'universo in quel momento. A partire dalla fine dell'inflazione, l'universo si espanderebbe molto più lentamente con la materia oscura che senza di essa.
Ma le onde gravitazionali primarie avrebbero dovuto attraversare il giovane Universo alla stessa velocità di prima. E poiché erano più facili da stampare sullo sfondo, potevano essere più facili da individuare.
Onde primarie
In un discorso a una riunione dell'American Physical Society a Salt Lake City, Utah, il mese scorso, un paio di scienziati hanno affermato che tale materia oscura avrebbe potuto sopprimere l'espansione abbastanza da consentire alle forze di LIGO di rilevare le onde gravitazionali primordiali.
“Nella storia standard, senza la nostra materia oscura, saranno ben al di sotto del limite al quale i rivelatori di onde gravitazionali, attuali o future, possono rilevarli. Ma il nostro modello mostra che c'è ancora speranza.
Tanya Rejimbo del team LIGO sottolinea che dal momento che c'è così tanto che non sappiamo su come fosse l'universo primordiale, è impossibile dire con certezza una tale possibilità. Secondo lei, non vi è alcuna garanzia che queste onde esistano o che i nostri futuri rilevatori saranno in grado di vederle. Ma questo lavoro è interessante perché offre una tale opportunità.
ILYA KHEL
