Πιθανές αλληλεπιδράσεις μεταξύ σκοτεινής ύλης και νετρίνων ενδέχεται να ρίξουν φως σε μια επίμονη αναντιστοιχία που αφορά τον τρόπο εξέλιξης της κοσμικής δομής, σύμφωνα με νέα έρευνα του Πανεπιστημίου του Σέφιλντ.
Οτιδήποτε ορατό – αστέρια, πλανήτες, αέρια και γαλαξίες – αποτελεί μόνο ένα μικρό μέρος του σύμπαντος. Το μεγαλύτερο ποσοστό του κυριαρχείται από τη σκοτεινή ύλη και άλλα αόρατα συστατικά, τα οποία οι επιστήμονες εξακολουθούν να προσπαθούν να κατανοήσουν.
Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ εντόπισαν ενδείξεις ότι δύο από αυτά τα «κρυφά» συστατικά, η σκοτεινή ύλη και τα νετρίνα, ίσως αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Η ανακάλυψη αυτή υποδεικνύει την ύπαρξη νέας φυσικής πέρα από το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο.
Η φύση της σκοτεινής ύλης και των νετρίνων
Η σκοτεινή ύλη εκτιμάται ότι αποτελεί περίπου το 85% της ύλης στο σύμπαν, χωρίς ωστόσο να έχει ανιχνευθεί άμεσα. Η ύπαρξή της προκύπτει από τη βαρυτική επίδραση που ασκεί στους γαλαξίες και στα γαλαξιακά σμήνη.
Αντίστοιχα, τα νετρίνα είναι εξαιρετικά ελαφρά σωματίδια που σπάνια αλληλεπιδρούν με την ύλη, επιτρέποντας σε δισεκατομμύρια από αυτά να διαπερνούν απαρατήρητα τη Γη κάθε δευτερόλεπτο.
Σύμφωνα με τη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature Astronomy, η πιθανή αλληλεπίδραση αυτών των δύο στοιχείων μπορεί να εξηγήσει αποκλίσεις στις κοσμικές παρατηρήσεις και να προσφέρει νέους τρόπους κατανόησης της εξέλιξης του σύμπαντος.
Δεδομένα από το πρώιμο και το μεταγενέστερο σύμπαν
Τα δεδομένα της έρευνας καλύπτουν ολόκληρη την ιστορία του σύμπαντος. Οι παρατηρήσεις του πρώιμου σύμπαντος προήλθαν από το Κοσμολογικό Τηλεσκόπιο Ατακάμα (ACT) και το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA).
Για το μεταγενέστερο σύμπαν, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν παρατηρήσεις από την Κάμερα Σκοτεινής Ενέργειας στο Τηλεσκόπιο Victor M. Blanco στη Χιλή, καθώς και δεδομένα από την Ψηφιακή Επισκόπηση Ουρανού Sloan (Sloan Digital Sky Survey).
Η «κοσμική συσσώρευση» και το μυστήριο της αναντιστοιχίας
Η συνδιοργανώτρια της μελέτης, Δρ. Ελεονόρα Ντι Βαλεντίνο, Ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ, τόνισε: «Όσο καλύτερα κατανοούμε τη σκοτεινή ύλη, τόσο περισσότερες γνώσεις αποκτούμε για το πώς εξελίσσεται το Σύμπαν και πώς συνδέονται τα διάφορα συστατικά του».
Η ίδια εξήγησε ότι οι μετρήσεις του πρώιμου Σύμπαντος προβλέπουν πιο έντονη ανάπτυξη των κοσμικών δομών σε σχέση με όσα παρατηρούνται σήμερα. Οι σύγχρονες παρατηρήσεις δείχνουν ότι η ύλη είναι ελαφρώς λιγότερο συσσωρευμένη, δημιουργώντας μια ήπια αναντιστοιχία μεταξύ θεωρίας και παρατήρησης.
«Η μελέτη μας δείχνει ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ σκοτεινής ύλης και νετρίνων θα μπορούσαν να εξηγήσουν αυτή τη διαφορά, προσφέροντας νέα γνώση για τον σχηματισμό της δομής του Σύμπαντος», πρόσθεσε η ίδια.
Το μέλλον της έρευνας και οι επόμενες δοκιμές
Η επαλήθευση της θεωρίας αναμένεται να προέλθει από πιο ακριβείς παρατηρήσεις στο μέλλον. Νέα τηλεσκόπια, πειράματα Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου (CMB) και επισκοπήσεις ασθενούς βαρυτικού εστιασμού θα συμβάλουν στον προσδιορισμό του αν η αλληλεπίδραση αυτή είναι πραγματική.
Ο ασθενής βαρυτικός εστιασμός βασίζεται σε ανεπαίσθητες παραμορφώσεις του φωτός από μακρινούς γαλαξίες, επιτρέποντας τη χαρτογράφηση της μάζας του σύμπαντος – ακόμη και εκείνης που δεν είναι ορατή.
Ο Δρ. Ουίλιαμ Τζιαρέ, συν-συγγραφέας της μελέτης και πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ, δήλωσε: «Εάν αυτή η αλληλεπίδραση επιβεβαιωθεί, θα πρόκειται για μια θεμελιώδη ανακάλυψη».
«Θα έριχνε νέο φως σε μια επίμονη αναντιστοιχία μεταξύ διαφορετικών κοσμολογικών δεδομένων και θα παρείχε στους φυσικούς σωματιδίων καθοδήγηση για τις ιδιότητες που πρέπει να αναζητηθούν σε εργαστηριακά πειράματα», πρόσθεσε.
Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Πρόγραμμα Έρευνας και Ανάπτυξης Ζωτικής Σημασίας της Κίνας, το Επανδρωμένο Διαστημικό Πρόγραμμα της Κίνας και το Πρόγραμμα Νέων Επιστημόνων στη Βασική Έρευνα της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών.
