Neutrinii antici ascunși pot modela modelele galaxiilor

Mesagerii umbriți de la Big Bang și-au lăsat aparent amprenta pe modele în formă de inel imprimate pe cer.

Particulele subatomice numite neutrini, eliberate la doar o secundă după nașterea universului în urmă cu 13,8 miliarde de ani, circulă continuu prin univers și sunt extrem de greu de observat. Dar modelele circulare ale galaxiilor împrăștiate pe cer dezvăluie semne ale particulelor timide. Aceste date sugerează că gravitația neutrinilor modifică subtil inelele, raportează cercetătorii pe 25 februarie în Fizica naturii. Deoarece acești neutrini relicve au fost eliberați atât de timpuriu în istoria universului, oamenii de știință speră că într-o zi vor putea folosi aceste particule pentru a înțelege mai bine cosmosul în primele sale momente.

Studiul „este cu siguranță nou și interesant prin faptul că arată că putem deriva fizica universului timpuriu” observând universul recent, spune cosmologul Hee-Jong Seo de la Universitatea Ohio din Atena, care nu a fost implicat în cercetare.

Detectarea semnelor particulelor antice nu este o sarcină ușoară. Toți neutrinii sunt notoriu greu de detectat. Nu au sarcină electrică și pot trece direct prin alte materii. Cu detectoare mari, foarte sensibile, oamenii de știință pot identifica neutrini produși de procese de zi cu zi, cum ar fi dezintegrarea radioactivă. Dar neutrinii eliberați de Big Bang, cunoscuți în mod colectiv ca „fondul de neutrini cosmic”, sunt mult mai evazivi. Deși aceste relicve cosmice împrăștie universul, particulele au atât de puțină energie încât nu au fost niciodată observate direct.

Deci, în loc să încerce să observe acești neutrini relicve în mod direct, oamenii de știință caută influența lor asupra altor indicatoare cosmice. De exemplu: un model cauzat de undele sonore din universul timpuriu – cunoscut sub numele de oscilații acustice barionice – ar trebui să fie distorsionat de neutrini. Acele unde sonore se răspândesc în exterior prin univers ca niște ondulații circulare pe un iaz, comprimând materia în buzunare mai dense. În cele din urmă, acest proces a dus la galaxiile care au tendința de a se grupa în inele pe cer (SN: 5/5/12, str. 17).

Dar neutrinii pot schimba acea materie din cauza gravitației particulelor, modificând ușor distribuția materiei în inele. „Vedeți atracția neutrinilor”, spune cosmologul Daniel Green de la Universitatea din California, San Diego. Folosind datele de la Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, sau BOSS, Green și colegii săi au studiat modelele circulare ale galaxiilor și au văzut dovezi că neutrinii, de fapt, trăgeau materia din partea interioară a benzii inelului către partea exterioară.

Oamenii de știință au observat anterior semne ale neutrinilor antici într-o strălucire rămasă de la Big Bang. Fondul cosmic cu microunde, lumină care a fost eliberată când universul avea doar 380.000 de ani, este, de asemenea, afectat de fundalul cosmic de neutrini. Dar aceasta este prima dată când sunt observate dovezi ale amprentelor particulelor de pe galaxii.

„Este un alt semn distinctiv al succesului cosmologiei standard”, spune cosmologul Kevork Abazajian, care nu a fost implicat în cercetare. Totuși, rezultatul actual este doar să zgârie suprafața acestui fenomen, făcând măsurarea o dovadă de principiu mai degrabă decât o detectare definitivă, spune Abazajian, de la Universitatea din California, Irvine.

În viitor, cercetările îmbunătățite ale galaxiilor ar putea fi suficient de sensibile pentru a dezvălui modificări neașteptate ale tiparelor inelelor, care ar putea fi cauzate de existența unor fenomene nedescoperite, cum ar fi noi tipuri ipotetice de neutrini numite neutrini sterili (SN: 23.06.18, str. 7).


Nota editorului: această poveste a fost actualizată la 4 martie 2019, pentru a adăuga afilierea lui Daniel Green.