Ученые обнаружили доказательства того, что темная материя и нейтрино могут быть не такими независимыми друг от друга, как считалось ранее. Источник: SciTechDaily.com

Возможные взаимодействия между темной материей и нейтрино могут помочь объяснить сохраняющееся несоответствие в том, как формировалась космическая структура.

Все видимое — звезды, планеты, газ и галактики — составляет лишь малую часть Вселенной. В большей части космоса доминируют темная материя и другие невидимые составляющие, которые ученые все еще пытаются понять. Теперь исследователи из Университета Шеффилда нашли доказательства того, что два из этих скрытых компонентов — тёмная материя и нейтрино — могут взаимодействовать друг с другом, что указывает на существование новых физических явлений, выходящих за рамки стандартной космологической модели.

Тёмная материя составляет около 85% всей материи во Вселенной, но её никогда не удавалось обнаружить напрямую. Вместо этого астрономы делают выводы о её существовании на основании гравитационного воздействия, которое она оказывает на галактики и скопления галактик. Нейтрино — чрезвычайно лёгкие частицы, которые редко взаимодействуют с материей, поэтому миллиарды нейтрино проходят через каждый квадратный сантиметр Земли каждую секунду практически незамеченными.

Скрытые частицы бросают вызов стандартной теории

Стандартная космологическая модель (Лямбда-CDM), основанная на общей теории относительности Эйнштейна, рассматривает темную материю и нейтрино как независимые составляющие Вселенной. Согласно этой модели, они не взаимодействуют друг с другом.

Исследование Университета Шеффилда, опубликованное в журнале Nature Astronomy, указывает на возможную брешь в этом предположении. Анализ выявил признаки того, что тёмная материя и нейтрино могут взаимодействовать, что открывает новый способ изучения тех частей космоса, которые нельзя увидеть напрямую.

Чтобы найти этот сигнал, исследователи сравнили данные наблюдений за разные периоды космической истории. Это важно, потому что взаимодействие между тёмной материей и нейтрино затронет не только невидимые частицы. Оно также может оставить следы в том, как со временем формировались галактики и другие крупные структуры.

Доказательства охватывают всю космическую историю

Данные охватывают всю историю Вселенной:

• Данные о ранней Вселенной были получены из двух основных источников: высокочувствительного наземного космологического телескопа в Атакаме (Atacama Cosmology Telescope, ACT) и космического телескопа «Планк», который находился в ведении Европейского космического агентства (ЕКА) с 2009 по 2013 год. Оба телескопа были предназначены для измерения слабого послесвечения Большого взрыва.
• Более поздние данные о Вселенной были получены из большого каталога астрономических наблюдений, сделанных с помощью камеры Dark Energy Camera на телескопе имени Виктора Бланко в Чили, а также из карт галактик, составленных в рамках проекта Sloan Digital Sky Survey.

Космическая кластеризация по-прежнему вызывает вопросы

Соавтор исследования доктор Элеонора Ди Валентино, старший научный сотрудник Университета Шеффилда, сказала: «Чем лучше мы понимаем темную материю, тем больше мы узнаем о том, как эволюционирует Вселенная и как связаны между собой ее различные компоненты. Наши результаты помогают решить давнюю загадку космологии». Измерения ранней Вселенной показывают, что космические структуры должны были расти быстрее, чем мы наблюдаем сегодня».

Она продолжает: «Однако наблюдения за современной Вселенной показывают, что материя распределена чуть менее компактно, чем ожидалось, что указывает на небольшое расхождение между измерениями в ранней и поздней Вселенной. Это противоречие не означает, что стандартная космологическая модель неверна, но может свидетельствовать о ее неполноте».

Она заключает: «Наше исследование показывает, что взаимодействие между темной материей и нейтрино может помочь объяснить эту разницу, проливая свет на то, как формировалась структура Вселенной».

Будущие исследования могут это подтвердить

Следующее подтверждение будет получено в ходе более точных наблюдений. Будущие телескопы, эксперименты по изучению космического микроволнового фона (реликтового излучения) и исследования слабого гравитационного линзирования помогут определить, существует ли такое взаимодействие на самом деле. С помощью слабого гравитационного линзирования можно использовать крошечные искажения света от далеких галактик, чтобы составить карту распределения массы во Вселенной, в том числе невидимой массы.

Доктор Уильям Джаре, соавтор исследования и бывший постдокторант в Университете Шеффилда, ныне работающий в Гавайском университете, сказал: «Если это взаимодействие между темной материей и нейтрино подтвердится, это станет фундаментальным прорывом».

«Это не только прольет новый свет на сохраняющееся несоответствие между различными космологическими исследованиями, но и укажет физикам, работающим в области физики элементарных частиц, конкретное направление, в котором следует искать свойства, которые помогут наконец раскрыть истинную природу темной материи».