Ученые приблизились на шаг к разгадке одной из величайших загадок Вселенной: новые исследования обнаружили свидетельства взаимодействия двух ее наименее изученных компонентов, что открывает редкую возможность заглянуть в самые темные уголки космоса.
Результаты исследований Шеффилдского университета касаются связи между темной материей — таинственным, невидимым веществом, составляющим около 85% материи во Вселенной, — и нейтрино, одной из самых фундаментальных и неуловимых субатомных частиц. Ученые располагают неопровержимыми косвенными доказательствами существования темной материи, в то время как нейтрино, хотя и невидимы и обладают чрезвычайно малой массой, были обнаружены с помощью огромных подземных детекторов.
Стандартная космологическая модель (Lambda-CDM), берущая начало в общей теории относительности Эйнштейна, постулирует, что темная материя и нейтрино существуют независимо друг от друга и не взаимодействуют.
Новое исследование Шеффилдского университета, опубликованное в журнале Nature Astronomy, ставит под сомнение эту теорию, оспаривая давно существующую космологическую модель. Исследование обнаруживает признаки взаимодействия этих неуловимых космических компонентов, предоставляя редкую возможность заглянуть в те части Вселенной, которые мы не можем увидеть или легко обнаружить.
Объединив данные из разных эпох, ученые обнаружили свидетельства взаимодействия темной материи и нейтрино, которое могло повлиять на формирование космических структур, таких как галактики, с течением времени.
Эти данные охватывают всю историю Вселенной
Данные о ранней Вселенной получены из двух основных источников: высокочувствительного наземного Атакамского космологического телескопа (ACT) и телескопа Планка, космической обсерватории, эксплуатируемой Европейским космическим агентством (ESA) с 2009 по 2013 год. Оба инструмента были специально разработаны для изучения слабого послесвечения Большого взрыва.
Данные о поздней Вселенной получены из обширного каталога астрономических наблюдений, проведенных камерой Dark Energy Camera на телескопе Victor M. Blanco в Чили, а также из карт галактик, полученных в рамках проекта Sloan Digital Sky Survey.
Соавтор исследования, доктор Элеонора Ди Валентино, старший научный сотрудник Шеффилдского университета, сказала: «Чем лучше мы понимаем темную материю, тем больше информации мы получаем о том, как развивается Вселенная и как связаны между собой ее различные компоненты».
«Наши результаты затрагивают давнюю загадку космологии. Измерения ранней Вселенной предсказывают, что космические структуры должны были расти со временем сильнее, чем мы наблюдаем сегодня. Однако наблюдения современной Вселенной показывают, что материя несколько менее сгруппирована, чем ожидалось, что указывает на небольшое несоответствие между измерениями ранней и поздней Вселенной».
«Это противоречие не означает, что стандартная космологическая модель неверна, но может указывать на ее неполноту. Наше исследование показывает, что взаимодействие темной материи и нейтрино может помочь объяснить это различие, предлагая новое понимание того, как формировалась структура во Вселенной».
Полученные результаты открывают четкий путь для дальнейшей проверки теории с использованием более точных данных, полученных с помощью будущих телескопов, экспериментов по исследованию космического микроволнового фона (КМБ) и исследований слабого гравитационного линзирования, которые используют тонкие искажения света от далеких галактик для картирования распределения массы во Вселенной.
Доктор Уильям Джаре, соавтор исследования и бывший научный сотрудник Шеффилдского университета, 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 методами исследования, но и укажет физикам-частицам конкретное направление, показав, какие свойства следует искать в лабораторных экспериментах, чтобы, наконец, раскрыть истинную природу темной материи».
