Нейтрино могут изменить структуру Вселенной

У них почти нет массы. Они проходят как субатомные явления через другое вещество, едва взаимодействуя с ним. И все же эти таинственные частицы фундаментально изменили ход Вселенной, показывают новые исследования.

Рассматривая более 1 миллиона галактик, ученые определили, как гравитация нейтрино незаметно влияет на место первого образования галактик после Большого взрыва. Результаты дают представление о том, что ученые считают самым ранним наблюдаемым моментом после Большого взрыва.

Новый результат «добавляет силы нашему убеждению в том, что мы действительно понимаем, как развивалась Вселенная примерно через секунду после Большого взрыва», - сказал соавтор исследования Дэн Грин, космолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Вскоре после Большого взрыва Вселенная превратилась в кучу нейтрино, электронов, нейтронов, протонов и фотонов. В одну секунду нейтрино - самые легкие и наименее взаимодействующие частицы - были первыми, кто отделился от остальной части материи, и приблизились к расширяющемуся пространству Вселенной почти со скоростью света. Ученые называют это распределение первых нейтрино фоном космических нейтрино.

Перенесемся вперед примерно на 380 000 лет. Вселенная остыла настолько, чтобы протоны и электроны застыли в атомах и выпустили первый свет Вселенной - космический микроволновый фон. Быстрое расширение частиц наружу замедлилось, когда атомы, притягиваемые силой тяжести, начали собираться вместе. С течением времени галактики образуются на больших скоплениях с наивысшей плотностью, образуя сеть галактик, видимых сегодня во всей Вселенной.

Космический микроволновый фон может дать представление о первоначальном распределении вещества в довольно ранней Вселенной. Но протоны и электроны были не единственными, влияющими на структуру Вселенной - нейтрино также сыграли свою роль.

Поскольку нейтрино были первыми, кто отделился от остальной материи и с тех пор почти не взаимодействовали с чем-либо, они оказались не там, где скопления атомов. Ученые предположили, что это оказало небольшое, но заметное влияние на структуру космической сети. Изучив 1,2 миллиона галактик, ученые подтвердили, что гравитация нейтрино немного изменила структуру сети. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Physics.

Ранее ученые видели только косвенные намеки на эффекты нейтрино в пределах космического микроволнового фона. «Это первое доказательство распределения материи и галактик», - сказала Грин.

Космический микроволновый фон дает снимок Вселенной через несколько сотен тысяч лет, а космический нейтринный фон может воссоздать первую тысячу или около того секунд, предлагая самый ранний взгляд на наблюдаемую Вселенную.

Сегодня нейтрино продолжают ускользать от ученых, которые их изучают, так как они очень слабо взаимодействуют с атомами, темной материей и даже другими нейтрино. Новые результаты, которые демонстрируют слабое взаимодействие между нейтрино и веществом, могут также помочь ученым лучше понять эти неуловимые частицы в меньших масштабах здесь, на Земле.

«Существует тесная связь между крупномасштабными и мелкомасштабными исследованиями нейтрино», - сказал Билл Луис, физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории, который не участвовал в новом исследовании. «Объединение крупномасштабных и мелкомасштабных исследований поможет нам лучше понять и нейтрино, и космологию».

Открытие может даже помочь определить, существует ли еще один тип нейтрино в дополнение к уже известным трем.