Недавние исследования показывают, что темная материя, наиболее распространенное невидимое вещество во Вселенной, может сталкиваться с нейтрино — субатомными частицами, настолько неуловимыми, что они редко взаимодействуют с чем-либо. Это неожиданное взаимодействие, если оно будет подтверждено, может разрешить ключевое несоответствие в нашем понимании структуры Вселенной и потенциально революционизировать как космологию, так и физику частиц.
Отсутствующие части Вселенной: темная материя и нейтрино
Темная материя составляет 85% всей материи в космосе, оказывая гравитационное воздействие, но оставаясь невидимой для прямого наблюдения. Ее существование выводится из ее влияния на галактики и крупномасштабные структуры.
Нейтрино, названные «частицами-призраками» из-за их почти нулевой массы и слабых взаимодействий, пронизывают Вселенную в ошеломляющем количестве. Примерно 100 миллиардов проходят через каждый квадратный сантиметр вашего тела каждую секунду. Несмотря на их обилие, они взаимодействуют так редко, что их обнаружение является серьезной экспериментальной задачей.
Столкновение теорий: стандартная модель под давлением
Преобладающая космологическая модель, известная как лямбда-CDM, предсказывает минимальное взаимодействие между темной материей и нейтрино. Однако наблюдения показывают, что Вселенная менее «комковата», чем предсказывает эта модель, то есть галактики и крупные структуры распределены более разреженно, чем ожидалось. Это несоответствие, называемое «напряжением S8», озадачивает космологов на протяжении многих лет.
Новое исследование, опубликованное в Nature Astronomy, предоставляет доказательства того, что столкновения между темной материей и нейтрино могут быть недостающим звеном. Если эти частицы передают импульс во время взаимодействий, это может объяснить наблюдаемую нехватку комковатости, не опровергая при этом всю космологическую основу.
Как проводилось исследование
Исследователи объединили данные из нескольких источников:
- Космический микроволновый фон (CMB): Послесвечение Большого взрыва, наблюдаемое телескопом Атакамской космологии и спутником «Планк».
- Барионные акустические колебания (BAO): «Замороженные» звуковые волны из ранней Вселенной.
- Крупномасштабная структура: Отображена посредством обзоров галактик, таких как Sloan Digital Sky Survey.
- Космическое искажение: Искажения далекого света, вызванные гравитационным линзированием, измеренные Dark Energy Survey.
Путем моделирования Вселенной с учетом и без учета взаимодействий между темной материей и нейтрино, команда обнаружила, что столкновения лучше соответствуют реальным наблюдениям.
Значение и оговорки
Результаты имеют статистическую значимость 3-сигма, что означает, что вероятность случайного получения такого результата составляет 0,3%. Хотя это ниже золотого стандарта в 5-сигма, этого достаточно, чтобы оправдать дальнейшие исследования.
«Это напряжение не означает, что стандартная космологическая модель неверна, но оно может свидетельствовать о том, что она неполна», — говорит соавтор исследования Элеонора Ди Валентино.
Если это подтвердится, это взаимодействие станет фундаментальным прорывом в нашем понимании Вселенной. Оно может не только решить проблему «комковатости», но и открыть новые пути для изучения природы темной материи и фундаментальных сил, управляющих космосом.
