Pimeän aineen ja neutriinojen mahdollinen vuorovaikutus

Entä jos kaksi näkymätöntä toimijaa kosmisessa draamassa ovat kuiskailleet toisilleen koko ajan? Sheffieldin yliopiston tutkijat raportoivat nyt merkkejä siitä, että pimeä aine ja neutriinot, molemmat tunnetusti ujoja kosmoksen osia, eivät ehkä olekaan niin erillisiä kuin oppikirjat olettavat. Löydös, joka julkaistiin Nature Astronomy -lehdessä, avaa oven uudelle fysiikalle.

Ajattele pimeää ainetta universumin telineenä: näkymätön, massiivinen ja pitämässä galakseja koossa. Se muodostaa noin 85 prosenttia universumin aineesta mutta kieltäytyy paljastumasta laboratoriomittauksissa. Neutriinot ovat ovelat serkut, lähes massattomia ja virtaavat planeettojen ja ihmisten läpi biljoonittain sekunnissa, vuorovaikuttaen vain häivähdyksittäin.

Useita vuosikymmeniä standardi kosmologinen kehys käsitteli näitä kahta erillisinä toimijoina. Sheffieldin tiimi kuitenkin valitsi toisen lähestymistavan: he vertasivat, miltä universumi näytti pian alkuräjähdyksen jälkeen ja miltä se näyttää nyt. Miksi? Koska jos neutriinot ja pimeä aine vuorovaikuttavat, vaikkakin heikosti, tuo keskustelu jättäisi jälkensä siihen, miten rakenteet kehittyivät kosmisella aikaskaalalla.

Tutkijat yhdistivät kosmisen mikroaaltotaustan tiedot, tarkat kartat Atacaman kosmologiateleskoopilta ja ESA:n Planck-luotaimelta, sekä myöhempien aikojen kartoitukset, jotka kartoittavat galakseja taivaalla, mukaan lukien havainnot Pimeän energian kamerasta ja Sloanin taivaskartoituksesta. Universumin varhaiset ja myöhäiset hetket, luettuna yhdessä, paljastivat pienen mutta pysyvän ristiriidan siinä, kuinka kokkareiselta aine nykyään näyttää verrattuna siihen, kuinka voimakkaasti sen olisi pitänyt kasvaa.

Käytännössä: varhaisen universumin mittaukset viittaavat siihen, että rakenteiden olisi pitänyt kasvaa hieman enemmän kuin mitä nykyaikaiset galaksikartat osoittavat. Ei kriisi, mutta vihje. Sheffieldin analyysi osoittaa, että pimeän aineen ja neutriinojen väliset vuorovaikutukset voisivat lieventää tätä jännitettä, muuttaen aineen klusteroitumisen tempoa ilman, että koko kosmologista kuvaa tarvitsee hylätä.

Jos pimeä aine kommunikoi neutriinojen kanssa, se muuttaisi tapaa, jolla etsimme molempia: hiukkasfyysikot saisivat kohdennettuja ominaisuuksia testattavaksi laboratoriossa ja kosmologeille avautuisi uusi vipu rakenteiden selittämiseen.

Tämän idean testaaminen jää terävämmille instrumenteille. Tulevat kosmisen mikroaaltotaustan kokeet, syvemmät galaksikartoitukset ja heikon linssauksen kartat, tekniikat jotka havaitsevat etäisen valon pienet vääristymät paljastaakseen piilevän massan, joko vahvistavat tapauksen tai lähettävät teoreetikot takaisin piirustuspöydän ääreen. Jos se varmistuu, seuraus on yksinkertainen ja syvä: vuorovaikutus, joka yhdistää kosmoksen näkymättömät langat ja tarjoaa selkeämmän tien pimeän aineen luonteen selvittämiseen.

Tällä hetkellä universumi on antanut meille vihjeen. Ovatko seuraavan sukupolven teleskoopit ja ilmaisimet valmiita lukemaan sen?