Представьте двух незнакомцев в абсолютно тёмной комнате. Они знают о присутствии друг друга только по шороху шагов и едва уловимому движению воздуха. Такова ситуация в современной физике с двумя самыми загадочными «жильцами» нашей Вселенной — тёмной материей и нейтрино. Первая невидима, но её гравитация держит галактики от разлёта. Вторые — призрачные частицы, беззвучно пронизывающие всё на свете. Долгое время считалось, что они существуют абсолютно параллельно, не общаясь напрямую. Но новое исследование, словно чуткий микрофон, уловило намёк на возможный шёпот между ними. Физики из Национального центра ядерных исследований Польши под руководством Лэй Цзу, проанализировав «космические архивы», обнаружили странную гармонию: если допустить, что эти две сущности всё же слегка взаимодействуют, многие кусочки головоломки мироздания встают на свои места. Это пока не открытие, а скорее интригующая подсказка, за которой теперь предстоит гонка.
Космос, который оказался слишком «гладким»
Чтобы понять суть находки, нужно заглянуть в «детский альбом» Вселенной — так называемое реликтовое излучение. Это древнейший свет, который испустила горячая плазма юной Вселенной, когда ей было всего 380 тысяч лет. Спустя миллиарды лет этот свет, остывший до микроволнового диапазона, доносит до нас детальный портрет того времени. Спутник «Планк» с беспрецедентной точностью закартировал его мелкие колебания температуры — те самые «зёрнышки», из которых потом выросли галактики. Основываясь на этой фотографии младенчества, физики с помощью мощнейших компьютеров смоделировали, как под действием гравитации тёмной материи эта рябь должна была развиться, уплотниться и превратиться в ту космическую паутину из скоплений и сверхскоплений галактик, которую мы видим сегодня.
Но здесь-то и кроется загадка. Когда астрономы смотрят в мощные телескопы, как, например, в рамках масштабного Обзора тёмной энергии (DES), и измеряют реальное распределение галактик, картина получается немного иной. Современная Вселенная кажется чуть более «гладкой», менее «комковатой», чем предсказывают расчёты, основанные на данных «Планка». Расхождение это не катастрофическое, но упрямое — словно вселенная забыла добавить щепотку какой-то важной «приправы» в свой рецепт структурообразования. Этот параметр «комковатости», обозначаемый как S8, стал головной болью космологов. Одни проверяли точность измерений, другие искали неучтённые систематические ошибки, третьи задумывались о необходимости новой физики.
И вот тут в игру вступают нейтрино. Эти частицы давно известны своим «призрачным» нравом. Рождаясь в недрах звёзд и ядерных реакциях, они мчатся сквозь пространство, почти не замечая на своём пути ни планет, ни людей. Раньше считалось, что их влияние на крупномасштабную структуру Вселенной исключительно «кинетическое»: будучи лёгкими и очень быстрыми, они просто «размазывали» мелкие сгустки материи на ранних этапах, не вступая с ней в прямой контакт. Польские исследователи задались простым, но дерзким вопросом: а что если нейтрино и тёмная материя, два великих невидимки, всё же могут ощущать присутствие друг друга не только гравитационно? Что если они способны на редчайшее, прямое рассеяние? Оказалось, что даже крошечная вероятность такого события может быть тем самым недостающим ингредиентом в космологическом рецепте.
Как услышать шёпот призраков: метод детектива-космолога
Работа Лэй Цзу и её коллег — это блестящий пример современного научного сыска. Они не строили новый ускоритель и не запускали спутник. Вместо этого они стали детективами, которые сличают показания разных независимых «свидетелей», ища в их рассказах нестыковки или, наоборот, неожиданное совпадение. Учёные взяли три мощнейших источника данных: 1) уже упомянутые карты «Планка» (свидетельство о ранней Вселенной), 2) замеры барионных акустических осцилляций (БАО) — своеобразные «отпечатки пальцев» в распределении галактик, работающие как стандартная линейка для измерения космических расстояний, и 3) прямые измерения распределения галактик от Обзора тёмной энергии. Эти три набора информации, полученные разными методами, должны описывать одну и ту же Вселенную — от её юности до сегодняшних дней.
В стандартную космологическую модель, которая связывает эти эпохи, физики ввели новый, ранее не учитывавшийся параметр — силу возможного взаимодействия между нейтрино и тёмной материей. Затем началась череда сложнейших компьютерных симуляций. Учёные смотрели, как изменится итоговая картина распределения галактик, если допустить, что призраки начали едва ощутимо «задевать» друг друга в полёте. Результат заставил научное сообщество прислушаться: модель с учётом взаимодействия показала значительно лучшее, более гармоничное согласие со всеми тремя наборами наблюдательных данных. Как будто разрозненные голоса внезапно запели в унисон. Важно подчеркнуть: это не просто подгонка под ответ. Новая модель не только снимала напряжение между ранними и поздними измерениями, но и не вступала в конфликт с другими твёрдо установленными фактами — тем же общим количеством видимой материи или возрастом Вселенной.
Однако наука любит конкретику. Насколько результат уверен? Авторы указывают на статистическую значимость в три сигмы (три стандартных отклонения). Проще говоря, вероятность того, что это красивое совпадение — всего лишь случайная игра чисел, составляет примерно 0.3%. Это серьёзный намёк, который нельзя игнорировать, но для громкого заявления об открытии в физике элементарных частиц требуется порог в пять сигм (вероятность ошибки менее 0.00006%). Сами исследователи в своей статье, опубликованной в авторитетном журнале, осторожно отмечают: «Наши результаты мотивируют более глубокое рассмотрение взаимодействий между тёмной материей и нейтрино в космологических анализах». Их работа — не громкий крик «Эврика!», а уверенный указатель, говорящий научному миру: «Ищите здесь».
Что дальше? Охота на новые силы природы
Если гипотеза подтвердится, последствия будут фундаментальными. Это станет первым прямым указанием на то, что тёмная материя участвует в каком-либо взаимодействии, помимо гравитации. Фактически, мы обнаружим следы новой, неизвестной ранее силы природы или нового типа частиц, выступающих посредником в этом диалоге. Это мгновенно сузит круг из сотен теоретических кандидатов на роль тёмной материи. В фокус внимания попадут такие гипотетические частицы, как «стерильные нейтрино» (тяжёлые и более «общительные» родственники обычных нейтрино) или аксионы — лёгкие частицы, рождавшиеся в сильных полях ранней Вселенной. У экспериментаторов появятся чёткие цели и параметры для настройки своих сверхчувствительных детекторов.
С практической, космологической точки зрения, разрешение загадки «гладкости» укрепит наше доверие к пониманию эволюции космоса. Мы сможем с большей уверенностью экстраполировать как прошлое, так и будущее Вселенной. Более того, учёт такого взаимодействия может переписать сценарии формирования самых первых звёзд. Если нейтрино уносили с собой часть энергии из сгустков тёмной материи, это могло менять tempo и режим их охлаждения и коллапса, откладывая или видоизменяя момент зажигания первых источников света во тьме молодого мироздания.
Что же будет происходить теперь? Начнётся масштабная перепроверка. Данные с новейшего космического телескопа «Евклид», который как раз создаёт самую детальную 3D-карту Вселенной, будут тщательно проанализированы на предмет этого эффекта. Подземные детекторы тёмной материи следующего поколения, такие как LUX-ZEPLIN и XENONnT, достигли такой чувствительности, что могут начать ловить не только сами частицы тёмной материи, но и возможные тонкие эффекты их связи с нейтрино. Нейтринные обсерватории, такие как IceCube в Антарктиде, будут вглядываться в потоки нейтрино от далёких катастроф, вроде столкновения нейтронных звёзд, ища признаки того, что их путь к Земле был слегка искажён рассеянием на невидимых полях тёмной материи. Работа польских физиков зажгла зелёный свет для целого направления поисков. Теперь очередь за вселенским экспериментом, который поставит точку в этой истории или, что более вероятно, откроет очередную, ещё более удивительную главу.
Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить новые статьи и ставьте нравится.
Инвестируйте в российские Дирижабли нового поколения: https://reg.solargroup.pro/ecd608/airships/?erid=2VtzqwwxGTG
