Neutrinoer set i klynger af galakser

I tidlige tider, universet var en energisk blanding af stærkt interagerende partikler. De første partikler, der brød fri fra denne tætte suppe, var neutrinoer, de letteste og svagest interagerende partikler i standardmodellen for partikelfysik. Disse neutrinoer er stadig omkring os i dag, men er meget svære at opdage direkte, fordi de interagerer så svagt. Et internationalt hold af kosmologer, herunder Daniel Baumann og Benjamin Wallisch fra University of Amsterdam, er det nu lykkedes at måle indflydelsen af ​​denne 'kosmiske neutrino-baggrund' på den måde, galakser er blevet klyngede på under universets udvikling. Forskningen blev offentliggjort i Naturfysik denne uge.

Når en sten tabes i en dam, det skaber krusninger på overfladen af ​​vandet, der bevæger sig udad i koncentriske cirkler. Tilsvarende regionerne i urplasmaet med de største tætheder producerede skaller af stof (for det meste protoner og elektroner), der forplantede sig udad ved næsten, men ikke helt, lysets hastighed. Dette udadgående skub af stof blev skabt af det store antal højenergifotoner i det tidlige univers.

Omkring 380, 000 år efter Big Bang, når de frie elektroner blev fanget af protoner for at kombineres til elektrisk neutrale brintatomer, spredningen af ​​disse skaller af stof stoppede, fordi fotonerne holdt op med at interagere med elektronerne. De resulterende frosne skaller af stof blev de tætte områder, hvor et overskud af galakser til sidst ville dannes. Dette forudsiger, at et øget antal galaksepar skulle findes ved en adskillelse på omkring 500 millioner lysår, svarende til størrelsen af ​​de frosne skaller skabt i det tidlige univers. I 2005, denne effekt blev faktisk observeret for første gang i fordelingen af ​​galakser målt af Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

En neutrinoeffekt

Tilstedeværelsen af ​​den kosmiske neutrino baggrund påvirker billedet beskrevet ovenfor på en subtil, men relevant måde. Efter at neutrinoerne blev afkoblet fra resten af ​​det oprindelige stof, de begyndte at rejse med lysets hastighed, lidt hurtigere end resten af ​​sagen. Neutrinoernes skaller overhalede derfor materiens skaller. Følgelig, tyngdekraften fra neutrinoerne deformerede let stofskallerne, skabe små forvrængninger i frøene til dannelsen af ​​galakser på meget senere tidspunkter. Denne indflydelse fra de kosmiske neutrinoer på universets struktur i stor skala burde kunne påvises ved omhyggeligt at analysere galaksernes klyngedannelse.

I deres papir, Baumann og samarbejdspartnere studerede nye SDSS-data for omkring 1,2 millioner galakser, ud til en afstand på omkring 6 milliarder lysår. Deres statistiske analyse bekræfter den forventede signatur af badet af kosmiske neutrinoer, der fylder hele rummet. Denne nye måling udgør en interessant bekræftelse af den kosmologiske standardmodel, som forbinder produktionen af ​​neutrinoer et sekund efter Big Bang med galaksehopning milliarder af år senere.