В 2006 году два физика-теоретика — Колин Фроггатт из Университета Глазго и Хольгер Нильсен из Института Нильса Бора в Копенгагене — предложили модель тёмной материи, которая обходится без новых частиц или взаимодействий. Их идея: таинственная субстанция, составляющая четверть Вселенной, может быть заключена в микроскопические шары диаметром около 20 сантиметров, набитые обычными атомами. И это не просто экзотика — модель укладывается в рамки Стандартной модели ядерной физики и, по расчётам авторов, предсказывает то самое соотношение тёмной и обычной материи, которое зафиксировал зонд WMAP, картируя реликтовое излучение.

Почему тёмная материя вообще понадобилась

Понятие тёмной материи возникло из-за того, что движение галактик невозможно объяснить одной лишь видимой материей — звёздами, планетами, газом. Чего-то массивного, но невидимого явно не хватало. Эта загадочная субстанция не излучает и не поглощает свет, не взаимодействует с электромагнитными волнами, и выдаёт себя только гравитацией. Стандартная космологическая модель отводит обычной материи жалкие 5% Вселенной. Ещё 25% — тёмная материя, а оставшиеся 70% — ещё более загадочная тёмная энергия. И если тёмная энергия остаётся почти полной terra incognita, то природа тёмной материи — предмет ожесточённых споров и десятков гипотез.

Два вакуума и доменные стенки

Фроггатт и Нильсен пошли необычным путём. Вместо того чтобы вводить новые фундаментальные частицы — вимпы, аксионы или что-то ещё, — они предположили существование «альтернативного вакуума». Этот вакуум обладает той же плотностью энергии, или космологической константой, что и наш привычный, но ведёт себя иначе. Вскоре после Большого взрыва, когда Вселенная была раскалена до немыслимых температур, два типа вакуума разделились так называемыми доменными стенками — своего рода границами раздела.

Буквально через секунду после рождения мироздания, утверждают физики, эти стенки свернулись в шары, захватив внутрь участки альтернативного вакуума. А вместе с ними — и все нуклоны, то есть частицы, из которых строятся атомные ядра. Так почти всё вещество новорождённой Вселенной оказалось запертым внутри этих пузырей.

Как шары выпустили обычную материю

Дальше начинается самое интересное. Когда температура упала и стали формироваться первые лёгкие ядра — в основном гелий, — шары начали сжиматься. Они сморщивались до тех пор, пока ядра гелия не начали сливаться в более тяжёлые элементы. Этот процесс шёл с выделением энергии, и цепная реакция буквально вытолкнула часть нуклонов из шаров наружу. По расчётам Фроггатта и Нильсена, высвободилась примерно одна шестая всех нуклонов — именно она и стала той обычной материей, из которой состоят звёзды, планеты и мы с вами. Остальные пять шестых так и остались запертыми внутри шаров альтернативного вакуума, образовав тёмную материю.

Шары-убийцы внутри звёзд

Размер этих реликтовых объектов — около 20 сантиметров в диаметре, но масса может достигать 10¹¹ килограммов. Для сравнения: это масса небольшого астероида. Авторы модели полагают, что такие шары могут находиться внутри тяжёлых звёзд. И, возможно, именно они приближают финал звёздной жизни. Шар, погружённый в недра звезды, постепенно подпитывается её веществом, а затем выбрасывает накопленную энергию — и этого может хватить, чтобы спровоцировать взрыв сверхновой. Звезда гибнет, а шар летит дальше.

Что это меняет

Модель Фроггатта–Нильсена не требует пересмотра Стандартной модели физики — в этом её главное отличие от большинства конкурирующих теорий. Она не вводит новых частиц, не меняет известных взаимодействий, а лишь предлагает необычный сценарий ранней Вселенной. При этом она предсказывает то самое соотношение тёмной и обычной материи — примерно 5:1, — которое было измерено зондом WMAP по анизотропии реликтового излучения. Кстати, возраст Вселенной, определённый тем же зондом, составляет 13,73 миллиарда лет с погрешностью всего 120 миллионов — об этом мы уже писали.

Разумеется, гипотеза остаётся гипотезой. Никто пока не поймал такой шар и не заглянул внутрь. Но сама идея — что тёмная материя может быть не роем экзотических частиц, а «консервами» из обычного вещества, запертого в пузырях иного вакуума, — заставляет иначе взглянуть на проблему. Возможно, разгадка не в микромире, а в глобальной структуре пространства-времени, которая в первые мгновения после Большого взрыва разломилась на домены с разными свойствами.

И если эта модель верна, то где-то в недрах массивных звёзд прямо сейчас дрейфуют невидимые 20-сантиметровые сферы, медленно накапливая энергию для будущего космического фейерверка.