宇宙大爆炸之前存在的东西被科学家发现了

宇宙里大概 85% 当今最先进的科学仪器无法检测到的物质仍然是看不见的。(信用： CC BY-SA 4.0)

近一个世纪以来，黑暗物质一直困扰着科学家。它悄悄地塑造了一个我们宇宙中看不见的框架。它是看不见的，但很受欢迎。它提供了将星系固定在一起所需的重力来驱动它们的运动和结构。

宇宙里大概 85% 即使使用今天最好的技术，也无法检测到物质的隐藏状态。值得注意的是，科学家们怀疑这种神秘的物质甚至可能存在于大爆炸之前。

在 1930 在这个时代，研究人员首次注意到星系运动的奇怪之处，这表明一些看不见的东西被引力。几十年后，对宇宙微波背景(宇宙诞生时挥之不去的辐射)的研究证实了暗物质在塑造宇宙进化中的重要性。

Planck Collaboration 在 2018 一项关键研究发现，暗物质约占宇宙总能量。 27%。相比之下，一般物质(行星、行星和我们的物质)只占一小部分。 5%。

对损耗强度而言 Q≡Υ/(3H)两个初始值，即 10−2(实线)和(斜线)，V (φ)=λφ4 的 WI 在这个前提下，各种量的进化是 e 折叠函数。(图片来源：Physical Review Letters)

科学家们花了几十年的时间来了解暗物质可能是什么。超对称是粒子物理学中的一种流行理论。它为每个已知粒子提供了一个“伙伴”粒子，这可能会提供与暗物质身份相关的线索。

根据这一理论，弱相互作用的大质量颗粒(WIMP)它已经成为暗物质的主要候选人。这些假设的粒子基本上不会与普通物质相互作用，但它们可以通过地下和粒子加速器的实验来检测。

尽管付出了巨大的努力，但是 WIMP 还是难以捉摸。像 DAMA 这样的实验报告可能与暗物质有关，但这些发现是有争议的。其它项目(例如 COSINE-100)尝试还没有产生明确的证据来证明这一点 DAMA 的结果。

大型强子对撞机的强粒子碰撞也空手而归，没有发现预测 SUSY 颗粒的征兆。由于缺乏证据，最简单的基础就是基于 WIMP 现在的理论面临着严重的质疑。

一个开创性的想法是“暗大爆炸”(DBB)理论上，德克萨斯大学奥斯汀分校 Katherine Freese 和 Martin Winkler 于 2023 年提出。与传统的大爆炸解释一般物质的诞生不同，DBB 说明暗物质起源于一个独立的事件。

第二次大爆炸发生在第一次大爆炸后的某个时候，会通过量子场的衰变产生暗物质，这种衰变被困在虚假真空中。

在这个模型中，早期宇宙由两个区域组成：可见区域，充满熟悉的颗粒和力，以及一个黑暗区域，以维持寒冷和解耦。最后，阴影经历了自己的变化，类似于能见光区域的热爆炸。

这一变化产生了一种由一组独特的物理定律支配的暗粒子组成的热浴。DBB 由于它能容纳各种暗物质粒子的质量，因此模型的应用特别普遍，从几kev开始的轻到重的 101210^{12}1012GeV。

DM 产量 Y χ作为 e 假设初始函数的折叠(实线)数量， DM 丰度消失了。(图片来源：Physical Review Letters)

DBB 这个模型的不同之处在于它可能会留下可观察的痕迹。阴影的变化可能会产生重力波(GW)，即时空结构中的波浪。这些 GW 将与黑洞合并或中子星碰撞产生。 GW 不一样，而且可以通过下一代天文台检测到。

特别是脉冲星记时的阵型(PTA)(例如，国际脉冲星记时的阵型(IPTA)和平方公里阵型(SKA))低频可以检测到 GW 可以是DBB 提供关键证据。

物理与天文助理教授科尔盖特大学 Cosmin Ilie 和高级物理专业的学生 Richard Casey 最近的工作进一步完善了DBB 理论。对暗扇区隧道场的新参数空间进行了探索，确定了与现有宇宙学观测一致的场景。

这些场景不仅预测了暗物质的正确丰富性，而且预测了暗物质的正确丰富性。 PTA 试验可以很快实现 GW 信号。

BP1(面板 1)和 Dark-Zillas(面板 4)参数值的选择有点违背α上限。这些差异不会正确。 [18] 由于参数可以稍微调整一下，从而产生与分析中使用的相同的变化特征，因此对结果产生了重大影响。(来源:Phys.Rev.D)

对暗大爆炸产生的引力波进行检测，可以为这一新的暗物质理论提供关键证据。Ilie 说。这样的检测将是开创性的，为暗物质的独特起源提供第一个证据。

IPTA 的一部分 NANOGrav 合作在 2023 年对背景 GW 这项研究增加了一个有趣的维度。尽管这些波的确切来源仍不确定，但它们可能与DBB有关模型的预测是一致的。

不但对暗物质有影响，DBB 理论也为早期宇宙提供了一个新的视角。传统上，宇宙学的操作假设是所有物质，无论是暗物质还是其他物质，都来自同一事件。

双重发源宇宙的想法挑战了这一概念，表明在宇宙的早期阶段，力与场的相互作用更加复杂。假如得到证实，DBB 从第一个星系的形成到宇宙的大规模结构，模型可以重塑我们对宇宙进化的认知。

左：固定 m 的α价值。和以前一样，α上方以 CMB ΔNeff(蓝色)是边界，下面是暗物质(橙色)的边界。右边的图片:DBB 风扇区域的温度和时间可见一斑μ函数关系(图片来源:Phys.Rev.D)

寻找暗物质是现代物理学的关键支柱，促进了技术和理论的进步。直接测试实验，如在地下深处进行的实验，旨在捕捉暗物质粒子和普通物质之间转瞬即逝的相互作用，继续突破灵敏度的界限。

同时，从 CMB 天体物理观测到银河系旋转曲线，为暗物质的重力影响提供了间接但令人信服的证据。DBB 该模型具有独特的预测和可测试结果，为该军械库增强了强大的新工具。

从DBB开始，随着观测能力的提高中检验 GW 前景越来越合理。就像 SKA 这样的项目有望在未来十年内上线，有望对低频产生影响 GW 具有前所未有的敏感性。这些努力最终可以揭开暗物质神秘起源的面纱，回答困扰几代科学家的问题。

在更广泛的背景下，理解暗物质不仅是一种科学追求，也是对理解宇宙基本性质的向往。无论是通过传统的粒子物理还是DBB 这种新的宇宙学理论，每一个发现都让我们更接近于揭开存在的完整挂毯。