I tidiga tider, universum var en energisk blandning av starkt interagerande partiklar. De första partiklarna som tog sig loss från denna täta soppa var neutriner, de lättaste och mest svagt interagerande partiklarna i standardmodellen för partikelfysik. Dessa neutrinoer finns fortfarande runt oss idag, men är mycket svåra att upptäcka direkt eftersom de interagerar så svagt. Ett internationellt team av kosmologer, inklusive Daniel Baumann och Benjamin Wallisch från University of Amsterdam, har nu lyckats mäta påverkan av denna "kosmiska neutrino -bakgrund" på hur galaxer har samlats under universums utveckling. Forskningen publicerades i Naturfysik Denna vecka.

När en sten rullas ner i en damm, det skapar krusningar på ytan av vattnet som rör sig utåt i koncentriska cirklar. Liknande, regionerna i urplasma med de största densiteterna producerade skal av materia (mestadels protoner och elektroner) som förökar sig utåt nästan, men inte riktigt, ljusets hastighet. Denna yttre tryck av materia skapades av det stora antalet högenergifoton i det tidiga universum.

Cirka 380, 000 år efter Big Bang, när de fria elektronerna fångades av protoner för att kombinera till elektriskt neutrala väteatomer, spridningen av dessa skal av materia upphörde eftersom fotonerna slutade interagera med elektronerna. De resulterande frysta skalen av materia blev de täta områden där ett överskott av galaxer så småningom skulle bildas. Detta förutsäger att ett ökat antal par galaxer bör hittas vid en separation av cirka 500 miljoner ljusår, motsvarande storleken på de frysta skalen som skapades i det tidiga universum. Under 2005, denna effekt observerades verkligen för första gången i fördelningen av galaxer mätt av Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

En neutrinoeffekt

Förekomsten av den kosmiska neutrino -bakgrunden påverkar bilden som beskrivs ovan i en subtil, men relevant sätt. Efter att neutrinerna kopplats bort från resten av urmaterialet, de började resa med ljusets hastighet, något snabbare än resten av saken. Neutrino -skalen tog därför över materiens skal. Följaktligen, neutrinoernas tyngdkraft deformerade något av materiens skal, skapa små snedvridningar i fröna för att bilda galaxer vid mycket senare tillfällen. Detta inflytande från de kosmiska neutrinoerna på universums storskaliga struktur bör kunna detekteras genom noggrann analys av galaxernas gruppering.

I deras papper, Baumann och medarbetare studerade nya SDSS -data om cirka 1,2 miljoner galaxer, ut till ett avstånd av cirka 6 miljarder ljusår. Deras statistiska analys bekräftar den förväntade signaturen av badet av kosmiska neutrinoer som fyller hela rymden. Denna nya mätning utgör en intressant bekräftelse av den kosmologiska standarden som kopplar samman produktionen av neutrinoer en sekund efter Big Bang till galaxernas grupperingar miljarder år senare.