Podobnie jak muchy uwięzione w jedwabistej sieci pająków, upiorne cząstki zwane neutrinami zaplątują się w kosmiczną sieć galaktyk.
Nie mają prawie żadnej masy. Przechodzą jak zjawiska subatomowe przez inną materię, ledwo z nią oddziałując.
A jednak te tajemnicze cząstki zasadniczo zmieniły bieg wszechświata, jak pokazują nowe badania.
Patrząc na ponad milion galaktyk, naukowcy ustalili, w jaki sposób grawitacja neutrin subtelnie wpłynęła na miejsca, w których galaktyki po raz pierwszy złączyły się po Wielkim Wybuchu. Wyniki dają wgląd w to, co naukowcy uważają za najwcześniejszy możliwy do zaobserwowania moment po Wielkim Wybuchu.
Nowy wynik „zwiększa siłę naszego przekonania, że naprawdę rozumiemy, jak wszechświat ewoluował od około sekundy po Wielkim Wybuchu” - powiedział współautor badania Dan Green, kosmolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego.
Od gorącego bałaganu po upiorną sieć
Krótko po Wielkim Wybuchu wszechświat był dusznym bałaganem neutrin, elektronów, neutronów, protonów i fotonów. W sekundę po tym neutrina - najlżejsze i najmniej oddziałujące cząstki - jako pierwsze oddzieliły się od reszty materii i pomniejszyły w rozszerzającej się przestrzeni wszechświata z prędkością niemal światła. Naukowcy nazywają ten rozkład pierwszych neutrin kosmicznym tłem neutrin.
Przewijamy do przodu o około 380 000 lat, a wszechświat ochłodzi się na tyle, że protony i elektrony zestalają się w atomy i uwalniają pierwsze światło wszechświata - kosmiczne tło mikrofalowe. Gwałtowna ekspansja cząstek na zewnątrz zwolniła, gdy atomy grawitacyjne zaczęły się zlepiać. Z biegiem czasu galaktyki zaszczepiły się w większych skupiskach o największej gęstości, ostatecznie tworząc sieć galaktyk widoczną dziś we wszechświecie.
Kosmiczne tło mikrofalowe może rzucić okiem na początkowy rozkład materii we dość wczesnym wszechświecie. Ale protony i elektrony nie były jedynymi rzeczami wpływającymi na strukturę wszechświata - neutrina również odgrywały pewną rolę.
Ponieważ neutrina jako pierwsze opuściły zupę cząstek i od tego czasu prawie nic nie wchodziły w interakcje, wylądowały w nieco innych lokalizacjach niż gromady atomów. Naukowcy postawili hipotezę, że wywarło to niewielki, ale widoczny wpływ na strukturę kosmicznej sieci. Badając 1,2 miliona galaktyk, naukowcy potwierdzili, że grawitacja neutrin nieznacznie zmieniła strukturę sieci. Ich wyniki zostały opublikowane 25 lutego w czasopiśmie Nature Physics.
Wcześniej naukowcy widzieli jedynie pośrednie wskazówki dotyczące efektów neutrin w kosmicznym tle mikrofalowym. „To pierwszy dowód z rozmieszczenia materii i galaktyk”, powiedział Green Live Live
Podczas gdy kosmiczne tło mikrofalowe zapewnia migawkę wszechświata po kilkuset tysiącach lat, kosmiczne tło neutrin może odtworzyć pierwszy tysiąc sekund, oferując najwcześniejsze spojrzenie na obserwowalny wszechświat.
Dzisiaj neutrina wciąż wymykają się naukowcom, którzy je badają, ponieważ tak słabo oddziałują z atomami, ciemną materią, a nawet innymi neutrinami. Nowe wyniki, które pokazują słabą interakcję między neutrinami i materią, mogą również pomóc naukowcom lepiej zrozumieć te nieuchwytne cząstki w mniejszych skalach tutaj na Ziemi, Green powiedział Live Science.
„Istnieje ścisły związek między badaniami neutrin na dużą i małą skalę” - powiedział Bill Louis, fizyk z Narodowego Laboratorium Los Alamos, który nie był zaangażowany w nowe badania. „Połączenie badań na dużą i małą skalę pomoże nam lepiej zrozumieć zarówno neutrina, jak i kosmologię”.
Odkrycie może nawet pomóc ustalić, czy istnieje inny rodzaj neutrino oprócz trzech już znanych, Louis powiedział Live Science.
