Темна матерія — це форма матерії, яка не випромінює й не поглинає світло, але проявляє себе через гравітаційний вплив. Вона становить близько 85 % усієї матерії у Всесвіті.

Нижче подано основні фізично обґрунтовані кандидати, згруповані за класами.

1. Частинкові кандидати (поза Стандартною моделлю)

WIMP (Weakly Interacting Massive Particles)

  • маса: ~1–10^3 ГеВ
  • взаємодія: слабка + гравітаційна
  • “тепла/холодна” темна матерія: холодна
  • активно шукаються у підземних детекторах

Статус: експериментально не виявлені

Аксіони

  • дуже мала маса (10^−6–10^−3 еВ)
  • виникають у теорії сильної взаємодії (проблема CP)
  • поводяться як холодна темна матерія

Статус: інтенсивні пошуки (ADMX, CAST)

Стерильні нейтрино

  • маса: кеВ
  • не взаємодіють слабкою взаємодією
  • тип: тепла темна матерія

Статус: частково обмежені астрофізичними спостереженнями

2. Астрофізичні об’єкти (барионні кандидати)

MACHO (Massive Astrophysical Compact Halo Objects)

  • коричневі карлики
  • чорні діри зоряної маси
  • холодні планети

Проблема:

  • не можуть пояснити всю темну матерію
  • обмежені гравітаційним мікролінзуванням

Первинні чорні діри

  • утворилися в ранньому Всесвіті
  • можуть мати широкий діапазон мас

Статус:

  • можливі у вузьких масових діапазонах
  • активно досліджуються

3. Екзотичні та колективні моделі

Суперсиметричні частинки

  • нейтраліно
  • гравітіно

Статус: залежить від підтвердження SUSY

Темний сектор

  • власні “темні” сили
  • темні фотони
  • самовзаємодіюча темна матерія

Перевага:

  • пояснює структуру галактик малого масштабу

4. Класифікація за швидкістю

Тип Характеристика
Холодна (CDM) повільна, формує галактики
Тепла (WDM) пригнічує дрібні структури
Гаряча (HDM) надто швидка (звичайні нейтрино)

➡ Основний фаворит: холодна темна матерія

5. Альтернативи темній матерії

(не частинки!)

  • MOND (модифікована динаміка)
  • TeVeS
  • модифікована гравітація

Недолік:

  • важко узгодити з космологією та CMB

Основні кандидати на темну матерію — WIMP, аксіони, стерильні нейтрино та первинні чорні діри. Найбільш узгодженою з космологічними спостереженнями є холодна темна матерія.

Частка маса теорія прояв
G (R) – Неньютонова гравітація Прозора DM на великих масштабах
Λ (космологічна стала)   ЗТВ Ω = 1 без DM
Аксион, майорон, Голдстоун, бозон 10 -5 еВ QCD; порушення сім. Печений-Куїна холодна DM
звичайне нейтрино 10 ÷ 100 еВ GUT гаряча DM
Легке нейтрино, Фотину, гравітіно, Ксенія, снейтріно 10 ÷ 100 еВ SUSY / DM  
Парафотон 20 ÷ 400 еВ Модіфпц. QED Гаряча, тепла DM
праві нейтрино 500 еВ Суперслабое взаємодія тепла DM
Гравітіно і т.д. 500 еВ SUSY / SUGRA тепла DM
Фотину, гравітіно, аксіон, дзеркал, частинки, нейтрино Сімпсона кеВ SUSY / SUGRA Тепла / холодна DM
Фотину, снейтріно, хіггсіно, глюино, важке нейтрино МеВ SUSY / SUGRA холодна DM
тіньова матерія МеВ SUSY / SUGRA Гаряча / холодна (як баріони) DM
преонов 20 ÷ 200 ТеВ складові моделі холодна DM
Монополи 10 16 ГеВ GUT холодна DM
Піргон, максимою, полюс Перрі, newtorite, Шварцшильд 10 19 ГеВ Теорії вищих
розмірностей		 холодна DM
суперструни 10 19 ГеВ SUSY / SUGRA холодна DM
Кваркові “самородки” 10 15 г QCD, GUT холодна DM
Чорні діри 10 15 ÷ 10 30 г ОТО холодна DM
Космічні струни, доменні стінки (10 8 ÷ 10 10 ) М GUT Формування галактик, можуть не давати великого внеску в Ω

Дещо інше: