Gravitationsvågor kan ha spelat en nyckelroll i att skapa mörk materia under universums tidigaste ögonblick, enligt en ny studie av professor Joachim Kopp vid Johannes Gutenberg-universitetet Mainz (JGU) och PRISMA++-excellensklustret, i samarbete med Dr. Azadeh Maleknejad från Swansea University. Publicerad i Physical Review Letters presenterar forskningen nya beräkningar som pekar på en tidigare outforskad process där så kallade stokastiska gravitationsvågor skulle kunna ge upphov till mörk materia.\n\nDetta arbete tar itu med en av de största obesvarade frågorna inom partikelfysiken. Allt vi kan se, inklusive planeter, stjärnor och liv på jorden, består av synlig materia, men detta utgör endast cirka fyra procent av universum. Större delen av kosmos förblir osynlig, bestående av mörk materia och mörk energi. Enbart mörk materia utgör ungefär 23 procent av universum.\n\nObservationer visar att mörk materia är spridd över hela rymden och formar galaxer och de största kosmiska strukturerna. Trots dess enorma inflytande vet forskarna fortfarande inte vad mörk materia består av. Många teorier och experiment pågår för att avslöja dess sanna natur.\n\nGravitationsvågor är krusningar i rumtiden som produceras av några av de mest energirika händelserna i universum, såsom kollisioner mellan svarta hål eller neutronstjärnor. Men alla gravitationsvågor kommer inte från sådana dramatiska händelser. En annan typ, känd som stokastiska gravitationsvågor, uppstår från en rad processer som inte involverar massiva objekt.\n\nDessa vågor är mycket svagare och utgör en del av bakgrundssignalen som fyller universum. Många av dem är extremt gamla och härstammar från de tidigaste faserna efter Big Bang. De kan ha genererats under viktiga ögonblick i kosmisk historia, inklusive fasövergångar när universum svalnade eller från primordiala magnetfält.\n\n"I denna artikel undersöker vi möjligheten att gravitationsvågor – som tros ha varit allestädes närvarande i det tidiga universum – delvis omvandlas till mörk materia-partiklar", förklarade Kopp. "Detta leder till en ny mekanism för produktion av mörk materia som inte har forskats på tidigare."\n\nStudien antyder att dessa tidiga gravitationsvågor skulle ha kunnat producera fermioner som från början hade liten eller ingen massa. Fermioner är en bred klass av partiklar som inkluderar välkända exempel som elektroner, protoner och neutroner. Enligt forskarna kan dessa tidiga fermioner senare ha fått massa och utvecklats till de mörk materia-partiklar som finns idag.\n\n"Nästa steg i att utveckla denna forskningslinje är att gå bortom våra analytiska uppskattningar och genomföra numeriska beräkningar för att förbättra noggrannheten i våra förutsägelser. En annan väg för framtida forskning är undersökningen av ytterligare möjliga effekter av gravitationsvågor i det tidiga universum. Ett exempel på detta skulle vara en mekanism som skulle kunna förklara den välkända skillnaden i partiklar och antipartiklar som producerats", sade Kopp.