Nova analiza kozmoloških podataka upućuje na mogućnost da tamna tvar i neutrini ipak međusobno djeluju. Takav rezultat ide protiv pretpostavke standardnog modela kozmologije da su te dvije komponente odvojene i neovisne, a mogao bi pomoći u objašnjenju dugogodišnjeg nesklada između mjerenja ranog i kasnog svemira.
Tamna tvar opisuje se kao nevidljiva komponenta koja čini oko 85 posto ukupne materije u svemiru, a njezino postojanje poduprto je snažnim, ali posrednim dokazima. Neutrini su među najneuhvatljivijim subatomskim česticama, imaju iznimno malu masu i ne opažaju se izravno, ali su zabilježeni velikim podzemnim detektorima.
Standardni kozmološki model, poznat kao Lambda-CDM i izveden iz Einsteinove opće teorije relativnosti, polazi od pretpostavke da tamna tvar i neutrini postoje neovisno i da ne stupaju u međudjelovanje. Rad objavljen u časopisu Nature Astronomy sada iznosi rezultate koji tu pretpostavku dovode u pitanje.
Nesklad ranog i kasnog svemira
U središtu analize nalazi se problem koji se već dulje prepoznaje u kozmologiji: mjerenja ranog svemira sugeriraju da su se kozmičke strukture, poput galaksija, s vremenom trebale razvijati snažnije nego što se to vidi u današnjim opažanjima. Istodobno, mjerenja suvremenog svemira upućuju na to da je materija danas nešto slabije grupirana nego što bi se očekivalo iz ranih predviđanja, što se opisuje kao blago neslaganje između ranih i kasnih mjerenja.
Jedna od suautorica, Eleonora Di Valentino sa Sveučilišta u Sheffieldu, izjavila je: “Što bolje razumijemo tamnu tvar, to više uvida dobivamo u to kako se svemir razvija i kako su njegove različite komponente povezane.”
U nastavku je dodala: “Naši se rezultati odnose na dugogodišnju zagonetku u kozmologiji. Mjerenja ranog svemira predviđaju da su se kozmičke strukture s vremenom trebale jače razvijati nego što to danas opažamo. Međutim, opažanja suvremenog svemira upućuju na to da je materija nešto manje grupirana nego što se očekuje, što ukazuje na blago neslaganje između ranih i kasnih mjerenja.”
Prema toj interpretaciji, sama napetost nije nužno dokaz da je standardni model pogrešan, nego da bi mogao biti nepotpun. “Ta napetost ne znači da je standardni kozmološki model pogrešan, ali može upućivati na to da je nepotpun. Naša studija pokazuje da bi međudjelovanja između tamne tvari i neutrina mogla pomoći u objašnjenju te razlike, nudeći novi uvid u to kako su se strukture formirale u svemiru”, navela je Di Valentino.
Podaci iz kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja i karte galaksija
Za rani svemir korištena su mjerenja kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja, slabog ostatka zračenja nastalog nakon Velikog praska. U analizu su uključeni podaci osjetljivog instrumenta s tla Atacama Cosmology Telescope (ACT), kao i opažanja opservatorija Planck, kojom je Europska svemirska agencija upravljala od 2009. do 2013. godine. Oba sustava bila su namjenski razvijena za precizno proučavanje strukture tog zračenja.
Podaci o kasnom svemiru preuzeti su iz opsežnog kataloga opažanja dobivenog kamerom Dark Energy Camera na teleskopu Victor M. Blanco u Čileu, uz karte raspodjele galaksija iz pregleda Sloan Digital Sky Survey.
Usporedbom tih skupova podataka, koji obuhvaćaju različita razdoblja kozmološke povijesti, identificirane su naznake mogućeg međudjelovanja tamne tvari i neutrina. Takav bi proces mogao utjecati na tempo i način razvoja kozmičkih struktura kroz vrijeme.
Rad također jasno definira smjer daljnjih provjera. Preciznija mjerenja budućih teleskopa, pokusi usmjereni na kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje te istraživanja slabe gravitacijske leće trebali bi omogućiti strože testiranje ove pretpostavke. Slabe gravitacijske leće pritom se koriste kao metoda za mapiranje raspodjele mase u svemiru na temelju suptilnih izobličenja svjetlosti udaljenih galaksija.
William Giarè, suautor rada i bivši poslijedoktorand Sveučilišta u Sheffieldu, danas zaposlen na Sveučilištu Hawaiʻi, izjavio je: “Ako se ova interakcija između tamne tvari i neutrina potvrdi, to bi bio temeljni proboj.”
Dodao je da bi takav ishod imao šire posljedice: “Ne samo da bi rasvijetlio postojan nesklad između različitih kozmoloških mjerenja, nego bi fizičarima čestica dao konkretniji smjer, upućujući na to koja svojstva tražiti u laboratorijskim eksperimentima kako bi se napokon razjasnila prava priroda tamne tvari.”
Zaključno, potvrda takve interakcije značila bi promjenu u načinu na koji se opisuje odnos između ključnih, ali teško opažljivih sastavnica svemira te bi otvorila prostor za nadogradnju standardnog kozmološkog okvira, a ne nužno za njegovo odbacivanje.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
