Mgławica Gitara. Kliknij, aby powiększyć
Ponieważ stanowi on dużą część Wszechświata, można by pomyśleć, że wiemy już, czym jest ciemna materia. Międzynarodowy zespół naukowców wysuwa teorię, że ciemna materia może być klasą cząstek znanych jako „sterylne neutrina”. Cząstki te, powstałe tuż przy Wielkim Wybuchu, mogą tłumaczyć brakującą masę Wszechświata i miałyby przydatny efekt uboczny przyspieszania wczesnego formowania się gwiazd.
Ciemna materia mogła odegrać istotną rolę w tworzeniu gwiazd na samym początku wszechświata. W takim przypadku ciemna materia musi jednak składać się z cząstek zwanych „sterylnymi neutrinami”. Peter Biermann z Instytutu Radia Astronomii im. Maxa Plancka w Bonn i Alexander Kusenko z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles wykazali, że rozpad sterylnych neutrin przyspiesza tworzenie wodoru molekularnego. Ten proces mógł pomóc zapalić pierwsze gwiazdy dopiero około 20 do 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Pierwsza generacja gwiazd zjonizowała następnie otaczający je gaz, około 150 do 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Wszystko to stanowi proste wyjaśnienie niektórych dość zagadkowych obserwacji dotyczących ciemnej materii, gwiazd neutronowych i antymaterii.
Naukowcy odkryli, że neutrina mają masę poprzez eksperymenty z oscylacją neutrin. Doprowadziło to do postulatu, że istnieją „sterylne” neutrina - znane również jako neutrina praworęczne. Nie uczestniczą bezpośrednio w słabych interakcjach, ale wchodzą w interakcje poprzez ich mieszanie ze zwykłymi neutrinami. Całkowita liczba sterylnych neutrin we wszechświecie jest niejasna. Jeśli sterylne neutrino ma masę zaledwie kilku kiloelektronowoltów (1 keV to milionowa część atomu wodoru), to wyjaśniałoby ogromną, brakującą masę we wszechświecie, czasami nazywaną „ciemną materią”. Obserwacje astrofizyczne potwierdzają pogląd, że ciemna materia prawdopodobnie składa się z tych sterylnych neutrin.
Teoria Biermanna i Kusenko rzuca światło na wiele wciąż niewyjaśnionych zagadek astronomicznych. Po pierwsze, podczas Wielkiego Wybuchu masa neutrin utworzonych w Wielkim Wybuchu byłaby równa ilości potrzebnej do wyjaśnienia ciemnej materii. Po drugie, cząstki te mogą być rozwiązaniem długotrwałego problemu, dlaczego pulsary poruszają się tak szybko.
Pulsary to gwiazdy neutronowe obracające się z bardzo dużą prędkością. Powstają w wyniku wybuchów supernowych i zwykle są wyrzucane w jednym kierunku. Wybuch daje im „pchnięcie”, jak silnik rakietowy. Pulsary mogą mieć prędkości setek kilometrów na sekundę - a czasem nawet tysiące. Pochodzenie tych prędkości pozostaje nieznane, ale emisja sterylnych neutrin wyjaśniałaby kopnięcia pulsara.
Mgławica Gitara zawiera bardzo szybki pulsar. Jeśli ciemna materia składa się z cząstek, które rejonizują wszechświat - jak sugerują Biermann i Kusenko - ruch pulsara mógłby stworzyć tę kosmiczną gitarę.
Po trzecie, sterylne neutrina mogą pomóc wyjaśnić brak antymaterii we wszechświecie. We wczesnym wszechświecie sterylne neutrina mogły „ukraść” z plazmy coś, co nazywa się „liczbą leptonów”. W późniejszym czasie brak liczby leptonów przekonwertowano na niezerową liczbę barytonów. Wynikająca z tego asymetria między barionami (jak protony) i antyarionami (jak antyprotony) może być przyczyną, dla której wszechświat nie ma antymaterii.
„Powstawanie centralnych galaktycznych czarnych dziur, a także ich struktura w skalach subgalaktycznych, sprzyja sterylnym neutrinom w celu uwzględnienia ciemnej materii. Konsensus kilku pośrednich dowodów prowadzi do przekonania, że długo poszukiwana cząstka ciemnej materii może być rzeczywiście sterylnym neutrino ”, mówi Peter Biermann
Oryginalne źródło: Towarzystwo Maxa Plancka
