В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная напоминала кипящий котёл. В нём, согласно одной из гипотез, могла родиться тёмная материя — невидимое вещество, которое удерживает галактики от развала. Один из главных кандидатов на эту роль — аксион, гипотетическая частица, почти неощутимая, как дуновение ветра.

Но новое исследование показывает: аксион не остаётся стройным хором, поющим в унисон. В горячей плазме его поле, словно мелодия, постепенно затихает, а на смену приходит какофония случайных квантовых всплесков. Авторы работы вывели единое уравнение, которое описывает, как в расширяющемся пространстве любое колебание аксиона распадается на две части: упорядоченную волну и хаотичный набор частиц. Это похоже на луч света, который, проходя сквозь туман, теряет яркость и порождает рассеянное свечение.

Самое интересное происходит с теми аксионами, что рождаются из шума. Плазма не успевает раскачать самые быстрые частицы, поэтому получившийся «суп» из тёмной материи оказывается холоднее, чем можно было бы ожидать. Его частицы движутся медленнее и пролетают меньшее расстояние, прежде чем Вселенная станет прозрачной. Это решает давнюю загадку: почему тёмная материя не собралась в плотные комки в ранней Вселенной, а осталась почти однородной.

Выходит, тепловая история аксиона определяет всё: сколько его вокруг нас, как быстро он движется и какую рябь оставил на космическом фоне. Из стройного хора рождается тихий, вездесущий гул — та самая тёмная материя, что держит на себе всю видимую Вселенную.