Скрытые древние нейтрино могут формировать узоры галактик

Субатомные частицы, называемые нейтрино, выпущенные всего через секунду после рождения Вселенной 13,8 миллиардов лет назад, непрерывно проникают через вселенную и их чрезвычайно трудно обнаружить.

Но круговые узоры галактик, разбросанных по небу, показывают признаки таких частиц. Эти данные намекают на то, что гравитация нейтрино слегка изменяет кольца, сообщают исследователи в журнале «Nature Physics». Поскольку эти реликтовые нейтрино были выпущены так рано в истории вселенной, ученые надеются, что когда-нибудь они смогут использовать эти частицы, чтобы лучше понять космос в его первые моменты.

Обнаружить признаки древних частиц очень нелегко. Все нейтрино, как известно, трудно обнаружить. Они не имеют электрического заряда и могут легко проходить сквозь разные вещества. Так, нейтрино имеют в воде длину свободного пробега порядка 10¹⁸ м (около 100 световых лет). С помощью больших высокочувствительных детекторов ученые могут обнаружить нейтрино, образующиеся в результате повседневных процессов, таких как радиоактивный распад.

Но нейтрино, выпущенные в результате Большого взрыва, все вместе известные как «фон космических нейтрино», гораздо более неуловимы. Хотя эти космические реликвии наполняют вселенную, частицы имеют так мало энергии, что их существование еще никогда не было обнаружено.

Поэтому вместо того, чтобы пытаться наблюдать эти реликтовые нейтрино напрямую, ученые ищут их влияние на другие космические указатели. Например: модель, вызванная звуковыми волнами в ранней Вселенной, известная как барионные акустические колебания, должна быть искажена нейтрино.

Эти волны распространяются по вселенной, словно круговая рябь на пруду, сжимая вещество в более плотные скопления. В конце концов, этот процесс привел к тому, что галактики имеют тенденцию группироваться в кольцах по небу.

Но нейтрино могут перемещать эту материю из-за гравитации частиц, слегка изменяя распределение вещества в кольцах. «Вы видите притяжение нейтрино», — говорит космолог Дэниэл Грин из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Используя данные спектроскопического исследования осцилляции барионов, или BOSS, Грин и его коллеги изучили круговые структуры галактик и увидели доказательства того, что нейтрино, на самом деле, притягивали вещество от внутренней стороны кольцевой полосы к внешней стороне.

Ученые ранее заметили признаки древних нейтрино в остатке от Большого взрыва. Космический микроволновый фон, свет, который был выпущен, когда Вселенной было всего 380 000 лет, также подвержен влиянию космического нейтринного фона. Но это в первый раз, когда обнаруживаются «отпечатки пальцев» частиц на галактиках.

Тем не менее, текущий результат — это всего лишь «царапина на поверхности» этого явления, что делает измерение скорее доказательством принципа, чем окончательным обнаружением, говорят ученые.

В будущем исследования галактик могут быть достаточно чувствительными, чтобы выявить неожиданные изменения в структуре колец, которые могут быть вызваны существованием неоткрытых явлений, таких как гипотетические новые типы нейтрино, называемые стерильными нейтрино.

D. Baumann et al. First constraint on the neutrino-induced phase shift in the spectrum of baryon acoustic oscillations. Nature Physics. Published online February 25, 2019. doi:10.1038/s41567-019-0435-6.