Космическое столкновение невидимок. Новое открытие бросает вызов представлениям об эволюции Вселенной
Космическое микроволновое фоновое излучение — это древнейший свет во Вселенной (Фото: ESA и коллаборация Planck — Д. Дюкро)
Международная группа исследователей обнаружила доказательства возможного взаимодействия между двумя самыми загадочными компонентами космоса — темной материей и нейтрино (так называемыми «частицами-призраками»).
Это открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy, может стать фундаментом для масштабного переосмысления современной космологии и физики элементарных частиц, поскольку оно бросает вызов стандартной модели Вселенной (лямбда-CDM).
Темная материя составляет около 85% всей материи во Вселенной, однако она не излучает света и фиксируется только через гравитационное воздействие. Нейтрино, в свою очередь, являются почти невесомыми частицами без электрического заряда, которые образуются во время ядерных процессов в звездах. Каждую секунду через каждый квадратный сантиметр человеческого тела проходит около 100 миллиардов нейтрино, однако они чрезвычайно редко взаимодействуют с другим веществом. Согласно господствующим теориям, эти два компонента вообще не должны были бы сталкиваться, но новые данные свидетельствуют об обратном: они могут передавать друг другу импульс во время столкновений.
Это невидимое «фехтование» между частицами помогает решить одну из самых больших загадок современной науки — так называемое «напряжение S8». Суть проблемы заключается в том, что современная Вселенная выглядит менее «комковатой» и плотной, чем предсказывали модели, основанные на наблюдениях за реликтовым излучением (светом, возникшим, когда Вселенной было всего 380 000 лет). Взаимодействие темной материи с нейтрино снижает эффективность роста космических структур, что объясняет, почему галактики и их скопления распределены в пространстве менее плотно, чем ожидалось.
Чтобы прийти к таким выводам, ученые объединили огромные массивы данных. Они использовали наблюдения Атакамского космологического телескопа и спутника Planck, изучающих раннюю Вселенную, а также результаты проекта Sloan Digital Sky Survey, который создал трехмерную карту миллионов галактик на расстоянии более 11 миллиардов световых лет. Дополнительно был проанализирован эффект гравитационного линзирования, что позволило смоделировать эволюцию космоса с учетом обмена импульсом между частицами.
Элеонора Ди Валентино, соавтор исследования из Шеффилдского университета, отмечает, что результаты не обязательно опровергают стандартную модель, но указывают на ее неполноту. Новое моделирование, учитывающее столкновения нейтрино и темной материи, гораздо лучше согласуется с реальными наблюдениями за структурой космоса.
Сейчас уровень достоверности результата составляет 3-сигма (вероятность случайности — 0,3%). Хотя это еще не достигает «золотого стандарта» в 5-сигма, научное сообщество настроено оптимистично. Руководитель группы Себастьян Трояновский подчеркивает, что окончательный вердикт вынесут будущие масштабные обзоры неба, в частности обсерватория имени Веры Рубин. Если открытие подтвердится, это приблизит человечество к разгадке природы «темного сектора» Вселенной и изменит учебники по физике.
