Математический метод. Черные дыры могут быть более естественным объяснением темной материи, чем некоторые частицы

Об этом пишет издание SciTechDaily .

Темная материя составляет большую часть материи во Вселенной и играет важную роль в формировании и движении галактик. Однако ученые до сих пор не обнаружили ее напрямую, поэтому рассматривают различные объяснения ее природы. Среди них — неизвестные субатомные частицы и черные дыры, которые могли возникнуть на ранних этапах существования Вселенной.

В новом исследовании Профумо применил единый математический метод для сравнения 12 моделей темной материи. Он оценивал их естественность — то, насколько точно необходимо подбирать параметры теории, чтобы она соответствовала наблюдаемой Вселенной.

Для этого физик использовал меру Барбьери — Джудиче. Она показывает, насколько сильно предсказываемое количество темной материи зависит от небольших изменений исходных параметров модели. Если даже незначительное изменение параметра существенно влияет на результат, теория требует более точной настройки.

Сравнение показало, что модели первичных черных дыр и модели темной материи, состоящей из частиц, нельзя однозначно разделить на более и менее естественные. В обеих категориях существуют сценарии с разной степенью зависимости от точности параметров.

В частности, сценарий, в котором черные дыры образуются в результате коллапса доменных стенок — особых структур в физических полях, — оказался одним из наименее зависящих от точной настройки. По этому показателю он был сопоставим с некоторыми моделями темной материи, состоящей из частиц.

В то же время один из распространенных сценариев образования темной материи, состоящей из частиц, оказался в числе тех, которые предъявляют наиболее жесткие требования к точности параметров. В этом сценарии частицы темной материи аннигилируют через резонанс, связанный с бозоном Хиггса. Чтобы получить необходимое количество темной материи, один из параметров модели требуется настроить с точностью до доли процента.

По словам Профумо, эти результаты ставят под сомнение распространенное представление о том, что первичные черные дыры — это слишком сложное и маловероятное объяснение, тогда как модели, основанные на частицах, по умолчанию более естественны.

Исследование не устанавливает истинную природу темной материи и не доказывает правильность моделей, требующих менее точной настройки. Оно предлагает общий способ сравнения различных теорий и показывает, что оценивать их следует по отдельности, а не на основании их принадлежности к определенной категории.