在大爆炸后最初那混沌的时刻，时空涟漪所做的可能远不止在宇宙中回响——它们或许还协助创造了暗物质本身。一项新研究表明，微弱而古老的引力波可能转化为粒子，这些粒子最终演变成了如今塑造星系的不可见物质。
这项工作解决了粒子物理学中最大的未解之谜之一。我们所能看到的一切，包括行星、恒星和地球上的生命，均由可见物质构成，但这仅占宇宙的百分之四左右。宇宙的大部分仍然是不可见的，由暗物质和暗能量组成。仅暗物质就约占宇宙的百分之二十三。
观测表明，暗物质遍布太空，塑造了星系和最大的宇宙结构。尽管其影响巨大，科学家们仍然不知道暗物质是由什么构成的。目前有许多理论和实验正在进行中，以揭示其真实本质。
引力波与粒子形成的新途径
引力波是宇宙中一些最高能事件（如黑洞或中子星之间的碰撞）在时空中产生的涟漪。然而，并非所有的引力波都来自此类剧烈事件。另一种类型，被称为随机引力波，产生于一系列不涉及大质量物体的过程。
这些波要微弱得多，构成了充满宇宙的背景信号的一部分。其中许多波极为古老，可以追溯到大爆炸后的最早阶段。它们可能产生于宇宙历史的关键时刻，包括宇宙冷却过程中的相变或源自原初磁场。
“在这篇文章中，我们研究了引力波——据信在早期宇宙中普遍存在——部分转化为暗物质粒子的可能性，”Kopp解释道。“这引出了一种以前从未研究过的暗物质产生新机制。”
从早期宇宙波到暗物质粒子
该研究表明，这些早期引力波可能产生了最初几乎没有质量或完全没有质量的费米子。费米子是一类广泛的粒子，包括电子、质子和中子等常见例子。根据研究人员的说法，这些早期费米子可能后来获得了质量，并演变成了今天存在的暗物质粒子。
该理论的后续发展
“开展这一研究方向的下一步是超越我们的解析估算，进行数值计算以提高预测的准确性。未来研究的另一个途径是调查引力波在早期宇宙中可能产生的进一步影响。这方面的例子之一是一种可能解释所产生的粒子与反粒子之间众所周知的差异的机制，”Kopp说。