งานวิจัยใหม่สองชิ้นโดยศาสตราจารย์สเตฟาโน โปรฟูโม แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซ สำรวจวิธีการก่อตัวสสารมืดที่แตกต่างกัน สสารมืดเป็นหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดทางวิทยาศาสตร์ สสารมืดประกอบขึ้นเป็นประมาณ 80% ของสสารทั้งหมดในจักรวาล และ แรงโน้มถ่วงของสสารมืดอธิบายว่าทำไมกาแล็กซีจึงยึดเกาะกัน และ หมุนในลักษณะนี้.
การสังเกตโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลและไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลก็ชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของมันเช่นกัน แต่ไม่มีใครรู้ว่ามันเป็นอนุภาคชนิดใดหรือเกิดขึ้นได้อย่างไร , งานวิจัยของ Profumo พิจารณาแนวคิดที่ว่าสสารมืดอาจก่อตัวขึ้นเองตามธรรมชาติในจักรวาลยุคแรกเริ่ม แทนที่จะเป็นอนุภาคประเภทใหม่โดยสิ้นเชิงที่โต้ตอบกับสสารปกติในรูปแบบที่เราสามารถตรวจจับได้.
บทความวิจัยล่าสุดของเขาซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 8 กรกฎาคม มุ่งเน้นไปที่ “ภาคส่วนที่ซ่อนอยู่” ซึ่งเป็นจักรวาลของเราในรูปแบบกระจกเงา ที่มีอนุภาค และ แรงของมันเองที่เรามองไม่เห็น แต่เป็นไปตามกฎทางฟิสิกส์ที่คล้ายคลึงกัน แนวคิดนี้อิงจากควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (QCD) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่อธิบายว่าควาร์กถูกยึดติดอยู่ภายในโปรตอน และนิวตรอนด้วยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ในภาคส่วนที่ซ่อนอยู่นี้ อาจมี “QCD มืด” ที่คล้ายคลึงกัน โดยมีควาร์กมืด และกลูออนมืดก่อตัวเป็นอนุภาคหนักที่เรียกว่าแบริออนมืด.
การศึกษานี้จำลองสิ่งนี้โดยใช้ทฤษฎีเกจวัด SU(N) แบบจำกัดขอบเขตในขีดจำกัด N ขนาดใหญ่ พบว่าแม้ว่ากาวบอล และ มีซอนในภาคส่วนดังกล่าวจะไม่สามารถก่อตัวเป็นหลุมดำได้ภายใต้สภาวะที่เป็นจริง แต่แบริออนมืดกลับสามารถก่อตัวได้ สำหรับช่วงบางช่วงของมาตราการจำกัดขอบเขต มวลของควาร์ก จำนวนสี N และ อุณหภูมิของภาคส่วนมืด
แบริออนมืดเหล่านี้อาจยุบตัวลงเป็นหลุมดำเบาที่มีมวลมากถึงหลายร้อยเท่าของมวลพลังค์ หากวัตถุตกค้างเหล่านี้มีเสถียรภาพ ความอุดมสมบูรณ์ของวัตถุตกค้าง ทั้งจากการก่อตัวโดยตรงที่การจำกัดขอบเขต และ จากการทำลายล้างของกาวบอลมืดและเมซอน จะถูกระงับอย่างทวีคูณเมื่อ N เพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้มีขีดจำกัดบนอยู่ที่ประมาณ N ≤ 100 สำหรับแบบจำลองที่วัตถุตกค้างเหล่านี้ประกอบเป็นสสารมืดทั้งหมด บทความยังได้จัดทำแผนที่ปริภูมิพารามิเตอร์ที่ปรากฏการณ์นี้อาจเกิดขึ้นได้อีกด้วย.
บทความวิจัยอีกชิ้นหนึ่งของโปรฟูโม ซึ่งตีพิมพ์ในเดือนพฤษภาคม ศึกษาว่าสสารมืดอาจถูกสร้างขึ้นจากขอบจักรวาลหรือ “ขอบฟ้าจักรวาล” ในช่วงระยะเวลาสั้นๆ ของการขยายตัวที่เร่งขึ้นหลังจากภาวะเงินเฟ้อ การขยายตัวนี้อาจไม่รุนแรงเท่าภาวะเงินเฟ้อ แต่ก็ยังเร็วกว่าที่รังสีหรือสสารเพียงอย่างเดียวจะเอื้ออำนวย.
การวิเคราะห์นี้ถือว่ามีสามสิ่ง : ประการแรก เฟสถูกขับเคลื่อนโดยของไหลที่มีสมการสถานะ P = wρ ประการที่สอง ขอบฟ้าจักรวาลในจักรวาลกึ่งซิตเตอร์นี้มีอุณหภูมิแปรผกผันกับขนาดของมัน และประการที่สาม ผู้สังเกตจะอยู่นิ่ง (ในที่นี้ w อยู่ระหว่าง −1 ถึง −1/3).
ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ การศึกษาได้คำนวณความหนาแน่นของอนุภาคเสถียรมวล m ที่เกิดจากขอบฟ้าจักรวาล โดยสมมติว่าอนุภาคดังกล่าวจะไม่ผ่านกระบวนการเปลี่ยนแปลงจำนวนในภายหลัง มวลของสสารมืดจากกระบวนการนี้อาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ประมาณ 10 keV ไปจนถึงเกือบระดับสเกลพลังค์ ขึ้นอยู่กับสมการสถานะและอุณหภูมิเมื่อการแผ่รังสีเริ่มครอบงำและช่วงควาซิ-เดอ ซิตเตอร์สิ้นสุดลง โดยพิจารณาจากสมการสถานะ และ อุณหภูมิเมื่อการแผ่รังสีครอบงำเริ่มต้นขึ้นและช่วงควาซิ-เดอ ซิตเตอร์สิ้นสุดลง.
“กลไกทั้งสองเป็นการคาดเดาในระดับสูง แต่กลไกเหล่านี้เสนอสถานการณ์ที่เป็นอิสระและคำนวณได้ซึ่งไม่ต้องพึ่งพาแบบจำลองสสารมืดของอนุภาคแบบธรรมดา ซึ่งอยู่ภายใต้แรงกดดันจากผลการทดลองที่เป็นศูนย์เพิ่มมากขึ้น” โปรฟูโมกล่าว , ที่มา: UC Santa Cruz , APS ( ลิงก์ 1 , ลิงก์ 2 )
