Ostatnie badania sugerują, że ciemna materia, najobficiej występująca niewidzialna substancja we wszechświecie, może zderzać się z neutrinami – cząstkami subatomowymi tak nieuchwytnymi, że rzadko z czymkolwiek wchodzą w interakcję. Jeśli ta nieoczekiwana interakcja zostanie potwierdzona, może rozwiązać kluczową rozbieżność w naszym rozumieniu struktury Wszechświata i potencjalnie zrewolucjonizować zarówno kosmologię, jak i fizykę cząstek elementarnych.
Brakujące części Wszechświata: ciemna materia i neutrina
Ciemna materia stanowi 85% całej materii w kosmosie i wywiera wpływ grawitacyjny, ale pozostaje niewidoczna dla bezpośredniej obserwacji. O jego istnieniu wnioskuje się na podstawie jego wpływu na galaktyki i struktury wielkoskalowe.
Neutrina, zwane „cząstkami duchami” ze względu na ich masę bliską zeru i słabe interakcje, przenikają Wszechświat w zdumiewających ilościach. Około 100 miliardów przechodzi przez każdy centymetr kwadratowy Twojego ciała co sekundę. Pomimo ich dużej liczebności wchodzą w interakcję tak rzadko, że ich wykrycie stanowi poważne wyzwanie eksperymentalne.
Zderzenie teorii: model standardowy pod presją
Dominujący model kosmologiczny, znany jako lambda-CDM, przewiduje minimalną interakcję między ciemną materią a neutrinami. Jednak obserwacje pokazują, że Wszechświat jest mniej nierówny, niż przewiduje ten model, co oznacza, że galaktyki i duże struktury są rzadsze, niż oczekiwano. Ta rozbieżność, zwana „napięciem S8”, od wielu lat intryguje kosmologów.
Nowe badanie opublikowane w Nature Astronomy dostarcza dowodów na to, że zderzenia ciemnej materii z neutrinami mogą być brakującym ogniwem. Jeśli cząstki te przenoszą pęd podczas interakcji, może to wyjaśniać obserwowany brak zlepiania się, nie podważając przy tym całej struktury kosmologicznej.
Jak przeprowadzono badanie
Naukowcy połączyli dane z kilku źródeł:
- Kosmiczne mikrofalowe tło (CMB): Poświata po Wielkim Wybuchu obserwowana przez Teleskop Kosmologiczny Atacama i satelitę Planck.
- Barionowe oscylacje akustyczne (BAO): „Zamrożone” fale dźwiękowe z wczesnego Wszechświata.
- Struktura wielkoskalowa: Wyświetlana w przeglądach galaktyk, takich jak Sloan Digital Sky Survey.
- Zniekształcenia kosmiczne: Zniekształcenia odległego światła spowodowane soczewkowaniem grawitacyjnym, mierzone w ramach przeglądu Dark Energy Survey.
Symulując Wszechświat z interakcjami między ciemną materią a neutrinami i bez nich, zespół odkrył, że zderzenia lepiej odpowiadają rzeczywistym obserwacjom.
Znaczenie i zastrzeżenia
Wyniki mają istotność statystyczną 3 sigma, co oznacza, że prawdopodobieństwo uzyskania tego wyniku przez przypadek wynosi 0,3%. Chociaż jest to poniżej złotego standardu 5-sigma, to wystarczy, aby uzasadnić dalsze badania.
„To napięcie nie oznacza, że standardowy model kosmologii jest błędny, ale może wskazywać, że jest niekompletny” – mówi współautorka badania Eleanor Di Valentino.
Jeśli zostanie potwierdzona, ta interakcja będzie fundamentalnym przełomem w naszym rozumieniu Wszechświata. Może nie tylko rozwiązać problem „nierówności”, ale także otworzyć nowe sposoby badania natury ciemnej materii i podstawowych sił rządzących kosmosem.
