Karanlık maddeyi çevreleyen süregelen gizem, fizikçilerin bu maddenin sıradan maddeden farklı bir anda oluşmuş olabileceğini öne sürmelerine yol açtı. Yeni hipotezleri, özellikle, standart kozmolojik model tarafından önerilenden sonra meydana gelen ve "karanlık" olarak adlandırılan ikinci bir Büyük Patlama olabileceğini ve bu olayın karanlık maddenin kökeni olabileceğini öne sürüyor. Bu mantıksız görünse de, hipotez karanlık maddenin tespitinin neden hala zor olduğunu potansiyel olarak açıklayabilir.
Standart kozmolojik modele göre, evren Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra bir şişme (enflasyon) dönemi geçirmiştir. Bu geçiş aşaması, uzayda yaygın olan vakum enerjisi tarafından yönlendirilen uzay-zamanın hızlı bir şekilde genişlemesine tanık oldu. Genişlemenin dengelenmesine ve vakum enerjisinin sıcak bir parçacık plazması şeklinde salınmasına yol açan bir dizi enerji dönüşümüyle karakterize edilen "sıcak" Büyük Patlama'dan önce gelmiştir. Bu süreç, sıradan madde parçacıklarının (fotonlar, leptonlar, kuarklar, vb.) yanı sıra karanlık maddeyi oluşturan parçacıkların (varsayımsal Zayıf Etkileşen Büyük Kütleli Parçacıklar veya WIMP'ler gibi) ortaya çıkmasına neden olmuştur.
Ancak karanlık maddenin oluşumunu açıklamada bu model, özellikle de onu tespit edemememiz gibi zorluklarla karşı karşıyadır. Yalnızca görünür maddenin varlığıyla açıklanamayan kozmolojik olgulara göre başka bir önemli kütleçekim kaynağı daha olabilir. Kümeler içinde hızla dönen galaksiler ve merkezleri kadar hızlı dönen galaksilerin çevre bölgeleri, muhtemelen görünür maddeden beş kat daha fazla olan ek yerçekimi üreten önemli miktarda görünmez maddenin varlığına işaret etmektedir.
Austin'deki Texas Üniversitesi'nden araştırmacılar, karanlık maddenin doğanın dört temel kuvvetinden biri olan zayıf nükleer kuvvetle etkileşime girmesinin zorluğunun tespit edilmesini engelleyebileceğini öne sürüyor. Buna göre, karanlık maddeyi sıradan maddeye bağlayan tek şey kütleçekimidir. Tek tek parçacıklar ölçeğinde kütleçekiminin zayıflığı göz önüne alındığında, tespit edilmeleri neredeyse imkansız hale gelecektir.
Bu hipotezler, araştırmacıları standart kozmolojik modelde bir revizyon önermeye yöneltmektedir. Karanlık maddenin ikinci bir Büyük Patlama sırasında görünür maddeden ayrı olarak oluşmuş olabileceğini öne sürüyorlar. Bu olay, galaksilerin yapısı üzerinde küçük bir etkiye sahip olan sıcak Büyük Patlama'dan sonraki bir ay içinde meydana gelmiş olabilir.
Tuhaf Parçacıkların Kökeninde "Karanlık" Bir Büyük Patlama
Bu yeni çalışmada önerilen alternatif kozmolojik senaryo, görünür madde ve karanlık maddenin oluşumunun tamamen farklı olduğunu öne sürüyor. Bu teoriye göre, sıcak Büyük Patlama sadece radyasyon ve görünür madde üretecek, karanlık maddeyi dışarıda bırakacaktı. Bununla birlikte, karanlık bölge başlangıçta soğuk olsa da, mevcut radyasyon yoğunluğuna kıyasla düşük miktarda vakum enerjisi içerecektir.
Kırmızıya kayma geçirmeyen vakum enerjisi daha sonra önemli hale gelebilir, ancak hiçbir zaman Evren'in enerji yoğunluğuna hakim olmayacaktır. Bu enerji karanlık faza geçiş sırasında bozunduğunda, büyük miktarlarda karanlık madde ve potansiyel olarak karanlık radyasyon üretebilir. Araştırmacılar bu büyük aşamaya "Karanlık Büyük Patlama" adını vermişlerdir.
Bu ikinci Büyük Patlama'nın her biri diğerinden farklı en az üç tür karanlık madde parçacığı yaratmış olabileceğini öne sürüyorlar. Faz geçişi ani olsaydı, genişleyen baloncuklar yoluyla büyük parçacıklar üretir, sistemi kaynayan su baloncuklarına benzer şekilde bir durumdan diğerine dönüştürürdü. Bu kabarcıklar arasındaki çarpışmalar sırasında patlayarak enerjilerini serbest bırakırlardı.
Karanlık bir Büyük Patlama senaryosunda, kabarcıklar o kadar enerjik olacaktır ki, bir protonun kütlesinin yaklaşık 10.000 milyar katı kadar muazzam parçacıklar üreteceklerdir. Bu varsayımsal parçacıklar, dev kurgusal Japon canavarına atıfla "darkzillas" olarak adlandırılır.
Bununla birlikte, eğer faz geçişi kademeli olsaydı, karanlık Büyük Patlama WIMP'lere benzer daha mütevazı parçacıklara yol açacaktı. Bunlar karanlık fotonlar üreten karanlık elektromanyetizma gibi temel kuvvetlerin karanlık versiyonlarıyla etkileşime girecektir. Ancak, bu kuvvetlerin yokluğunda, üretilen parçacıklar karanlık fotonları emerek ya da yaratarak enerjilerini dengeleyemezler. Bunu telafi etmek için, dengeyi korumak amacıyla birbirlerini yiyen "karanlık yamyam parçacıklar" haline geleceklerdi.
Araştırmacılar Karanlık Büyük Patlama ile ilişkili faz değişim kabarcıklarının uzayzamanda yerçekimsel dalgalar şeklinde belirgin dalgalanma izleri bırakabileceğini tahmin ediyor. İlk kez 2016'da tespit edilen bu dalgaların analizinin teorilerini doğrulayabileceğine inanıyorlar. Çalışmanın ayrıntıları arXiv'deki ön baskıda mevcuttur.
