Недавні дослідження показують, що темна матерія, найпоширеніша невидима речовина у Всесвіті, може стикатися з нейтрино — субатомними частинками, настільки невловимими, що вони рідко з чимось взаємодіють. Ця несподівана взаємодія, якщо вона буде підтверджена, може вирішити ключову розбіжність у нашому розумінні структури Всесвіту та потенційно революціонізувати як космологію, так і фізику елементарних частинок.
Відсутні частини Всесвіту: темна матерія та нейтрино
Темна матерія становить 85% усієї матерії в космосі, чинить гравітаційний вплив, але залишається невидимою для прямого спостереження. Його існування ґрунтується на його впливі на галактики та великомасштабні структури.
Нейтрино, які називають «частинками-привидами» через їхню масу, близьку до нуля, і слабку взаємодію, пронизують Всесвіт у приголомшливій кількості. Приблизно 100 мільярдів проходить через кожен квадратний сантиметр вашого тіла щосекунди. Незважаючи на їх велику кількість, вони взаємодіють настільки рідко, що виявлення їх є серйозною експериментальною проблемою.
Зіткнення теорій: стандартна модель під тиском
Переважна космологічна модель, відома як лямбда-CDM, передбачає мінімальну взаємодію між темною матерією та нейтрино. Однак спостереження показують, що Всесвіт менш кускуватий, ніж передбачає ця модель, а це означає, що галактики та великі структури розподілені рідше, ніж очікувалося. Ця розбіжність, названа «напругою S8», спантеличила космологів протягом багатьох років.
Нове дослідження, опубліковане в Nature Astronomy, надає докази того, що зіткнення між темною матерією та нейтрино можуть бути відсутньою ланкою. Якщо ці частинки передають імпульс під час взаємодії, це може пояснити спостережувану відсутність злипання, не спростовуючи всю космологічну структуру.
Як проводилося дослідження
Дослідники поєднали дані з кількох джерел:
- Космічний мікрохвильовий фон (CMB): Післясвітіння Великого вибуху за спостереженнями Атакамського космологічного телескопа та супутника Planck.
- Баріонічні акустичні коливання (BAO): «Заморожені» звукові хвилі раннього Всесвіту.
- Великомасштабна структура: відображається за допомогою оглядів галактик, таких як Sloan Digital Sky Survey.
- Космічні викривлення: викривлення віддаленого світла, спричинені гравітаційними лінзами, виміряні Дослідженням темної енергії.
Моделюючи Всесвіт із взаємодією між темною матерією та нейтрино та без неї, команда виявила, що зіткнення краще відповідають фактичним спостереженням.
Значення та застереження
Результати мають 3-сигма статистичну значущість, тобто ймовірність отримати цей результат випадково становить 0,3%. Хоча це нижче золотого стандарту 5-сигма, цього достатньо, щоб виправдати подальші дослідження.
«Ця суперечність не означає, що стандартна модель космології є неправильною, але вона може вказувати на те, що вона неповна», — каже співавтор дослідження Елеонора Ді Валентино.
У разі підтвердження ця взаємодія стане фундаментальним проривом у нашому розумінні Всесвіту. Це може не тільки вирішити проблему «грудкуватості», але й відкрити нові шляхи вивчення природи темної матерії та фундаментальних сил, які керують космосом.
