Ciemna materia i neutrina mogą na siebie oddziaływać

Naukowcy wskazują, że dwa z najmniej poznanych elementów kosmosu – ciemna materia i neutrina – mogą na siebie oddziaływać, co może zmienić obecne rozumienie Wszechświata przez astronomów.

.W ramach nowego badania, naukowcy z University of Sheffield, przyjrzeli się bliżej związkowi ciemnej materii, tajemniczej, niewidzialnej substancji, która stanowi około 85 proc. materii we Wszechświecie, z neutrinami, jednymi z najbardziej fundamentalnych i nieuchwytnych cząstek subatomowych. Astronomowie dysponują obecnie jedynie pośrednimi dowodami na istnienie ciemnej materii, natomiast neutrina, choć niewidzialne i o niezwykle małej masie, zostały zaobserwowane za pomocą ogromnych podziemnych detektorów.

Standardowy model kosmologii (Lambda-CDM), oparty na ogólnej teorii względności Einsteina, zakłada, że ciemna materia i neutrina istnieją niezależnie i nie oddziałują na siebie. Jednak nowe badanie, opublikowane w czasopiśmie „Nature Astronomy”, podaje w wątpliwość tę teorię, podważając długoletni model kosmologiczny. Naukowcy wykryli oznaki, że te nieuchwytne składniki kosmosu mogą oddziaływać na siebie, co może dać wgląd w części Wszechświata, których nie można zobaczyć ani łatwo wykryć.

Łącząc dane z różnych epok istnienia Wszechświata, naukowcy znaleźli dowody na oddziaływania między ciemną materią a neutrinami, które mogły wpłynąć na sposób, w jaki struktury kosmiczne, takie jak galaktyki, formowały się w czasie.

Dane dotyczące wczesnego Wszechświata pochodziły z dwóch głównych źródeł – naziemnego teleskopu Atacama Cosmology Telescope (ACT) oraz satelity Planck Telescope, który był misją prowadzoną przez Europejską Agencję Kosmiczną w latach 2009–2013. Oba instrumenty zostały zaprojektowane specjalnie do badania słabej poświaty po Wielkim Wybuchu.

Dane dotyczące późnego Wszechświata pochodziły z ogromnego katalogu obserwacji astronomicznych wykonanych przez kamerę Dark Energy Camera zainstalowanej na teleskopie Victor M. Blanco Telescope w Chile, a także z map galaktyk pochodzących z projektu Sloan Digital Sky Survey.

„Im lepiej zrozumiemy ciemną materię, tym więcej będziemy wiedzieć o ewolucji Wszechświata i powiązaniach między jego różnymi składnikami. Nasze badanie dotyczyło długotrwałej zagadki kosmologii. Dane dotyczące wczesnego Wszechświata przewidują, że struktury kosmiczne powinny z czasem urosnąć większe niż to, co widzimy dzisiaj. Jednak obserwacje współczesnego Wszechświata wskazują, że materia jest nieco mniej skupiona niż oczekiwano, co wskazuje na niewielką niezgodność między pomiarami z różnego czasu istnienia kosmosu. Ta sprzeczność nie oznacza, że standardowy model kosmologiczny jest błędny, ale może sugerować, że jest on niekompletny. Nasze badania pokazują, że interakcje między ciemną materią a neutrinami mogą pomóc wyjaśnić tę różnicę, oferując nowe spojrzenie na proces powstawania struktur we Wszechświecie” – mówi Eleonora Di Valentino z University of Sheffield.

Astronomowie będą w przyszłości testować jeszcze tę teorię przy użyciu bardziej precyzyjnych danych z przyszłych teleskopów, eksperymentów dotyczących kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła (CMB) oraz badań słabego soczewkowania, które wykorzystują subtelne zniekształcenia światła z odległych galaktyk do mapowania rozkładu masy w całym Wszechświecie..

.„Jeśli ta interakcja między ciemną materią a neutrinami zostanie potwierdzona, będzie to fundamentalny przełom. Nie tylko rzuci to nowe światło na utrzymującą się niezgodność obserwacji z różnych epok istnienia Wszechśiwata, ale także zapewni fizykom cząstek elementarnych konkretny kierunek, wskazując, jakich właściwości należy szukać w eksperymentach laboratoryjnych, aby ostatecznie odkryć prawdziwą naturę ciemnej materii” – podsumowuje William Giarè z University of Hawaiʻi.

Oprac. EG