Учёные из Университета Шеффилда представили результаты исследования, которые могут изменить фундаментальные представления о структуре и эволюции Вселенной. Согласно их анализу, тёмная материя и нейтрино, считавшиеся до сих пор независимыми компонентами космоса в рамках стандартной модели космологии ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter), возможно, взаимодействуют друг с другом. Если эти выводы подтвердятся, это станет серьёзным шагом к разгадке природы тёмной материи и внесёт изменения в понимание формирования галактик и крупных структур Вселенной.
Что такое тёмная материя и нейтрино
Тёмная материя — это компонент Вселенной, на долю которого приходится около 85 % всей материи, но который не излучает и не поглощает свет, и потому не может быть напрямую наблюдаем. Её существование принято выводить из гравитационных эффектов на галактики и скопления галактик.
Нейтрино — фундаментальные субатомные частицы, крайне лёгкие и слабо взаимодействующие с обычной материей. Они постоянно проходят через Землю и другие объекты Вселенной, практически не оставляя следов, что делает их одними из самых труднoнаблюдаемых частиц.
В рамках стандартной модели космологии считается, что эти две сущности не взаимодействуют напрямую, за исключением общей гравитационной связи. Новый анализ бросает вызов именно этому предположению.
Основные результаты исследования
Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, объединили наблюдения за разными эпохами истории Вселенной — от раннего периода сразу после «Большого взрыва» до современных структур — и обнаружили признаки слабого взаимодействия между тёмной материей и нейтрино.
Источники данных
Для анализа использовались:
- Данные о космическом микроволновом фоне (CMB) — самом старом свете во Вселенной, оставшемся после Большого взрыва, полученные с помощью космического телескопа Planck и наземного Atacama Cosmology Telescope (ACT).
- Каталог наблюдений современной Вселенной — съёмки тёмной энергии с помощью Dark Energy Camera на телескопе Виктора Бланко и карты распределения галактик из проекта Sloan Digital Sky Survey.
Сопоставление этих данных позволило исследователям выявить тенденции, которые могут быть объяснены не только гравитационным влиянием, но и слабым обменом импульсом между тёмной материей и нейтрино.
Космологическая «напряжённость» S₈ и её возможное объяснение
Одним из ключевых вопросов, который затрагивает работа, является так называемая S₈-напряжённость — расхождение между прогнозами раннего и позднего Вселенной в том, насколько плотно сгруппированы структуры (галактики, скопления галактик и т.п.). Ранняя Вселенная, судя по данным CMB, должна была сформировать более «компактные» структуры, чем те, которые наблюдаются сегодня.
Авторы исследования указывают, что минимальное взаимодействие тёмной материи с нейтрино может помочь объяснить эту разницу. Взаимодействие таких компонентов на ранних этапах эволюции могло замедлить рост плотных областей, что и приводит к наблюдаемому несовпадению.
Что это означает для космологии
Текущая стандартная модель космологии ΛCDM (где Λ — тёмная энергия, CDM — холодная тёмная материя) очень успешно описывает широкий спектр наблюдений о Вселенной, однако она основывается на ряде допущений, в том числе об отсутствии взаимодействия между нейтрино и тёмной материей.
Если новое взаимодействие будет подтверждено дополнительными наблюдениями и анализами, это может означать:
- стандартная модель не полна и требует расширения;
- у физиков появится конкретное направление для лабораторных исследований свойств тёмной материи;
- понимание того, как именно формировались галактики и крупные структуры мира, может измениться.
Учёные подчёркивают, что пока найденные признаки являются предварительными: решение о реальности взаимодействия потребует более точных данных от будущих экспериментов, наблюдений реликтового излучения, а также слабого гравитационного линзирования и других методов.
Перспективы будущих исследований
Новое направление исследований связывает космологию и физику элементарных частиц. Если тёмная материя действительно взаимодействует с нейтрино, это даст фундаментальную подсказку о характере тёмной материи — одной из самых глубоких загадок современной науки.
В ближайшие годы ожидания связаны с:
- дальнейшим анализом данных от телескопов и космических миссий;
- планируемыми наблюдениями космического микроволнового фона с улучшенной чувствительностью;
- развитием моделей, которые учитывают возможное взаимодействие между компонентами, ранее считавшимися независимыми.
Подтверждение взаимодействия тёмной материи и нейтрино станет одним из самых значительных открытий XXI века в космологии и фундаментальной физике, эмоционально и научно влияющим на понимание структуры и истории Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
