Cosmologia modernă s-a confruntat cu o defecțiune sistemică. Conform unui studiu publicat în revista Nature Astronomy, calculele evoluției Universului nu mai corespund observațiilor reale. Oamenii de știință recunosc că, atunci când extrapolează date din cosmosul timpuriu, cu miliarde de ani în viitor, teoria dă un rezultat diferit față de telescoape.
Fizicienii au o hartă extrem de precisă a Universului timpuriu. Aceasta se bazează pe radiația cosmică de fond și este considerată standardul. Cu toate acestea, folosind Modelul Standard și ecuațiile lui Einstein, cosmosul modern ar trebui să fie mai „neuniform”. Realitatea s-a dovedit a fi diferită.
Tensiunea S8: Unde teoria se prăbușește
Cosmologii își testează modelele în două moduri. Prima se bazează pe o analiză a radiației cosmice de fond înregistrate de satelitul Planck. Aceste date descriu universul de acum 380.000 de ani și le permit să calculeze viitorul acestuia.
A doua metodă este observarea directă a Universului modern. Aceasta folosește metoda lentilei gravitaționale slabe. Masa, în principal materia întunecată, deformează spațiu-timpul și distorsionează lumina galaxiilor îndepărtate. Aceste distorsiuni sunt folosite pentru a construi o hartă a distribuției materiei.
Problema este că metodele nu mai sunt concorde. Măsurătorile moderne arată o distribuție mai uniformă a materiei. Valoarea parametrului S8 este mai mică decât cea așteptată. Discrepanța ajunge la 2-3 sigma. Pentru fizică, aceasta indică fie o eroare sistematică, fie un model incomplet.
Un sector întunecat cu o conexiune neașteptată
În cosmologia standard, materia întunecată este considerată rece și pasivă. Ea interacționează cu lumea înconjurătoare aproape exclusiv prin gravitație. Neutrinii sunt, de asemenea, considerați a fi particule practic independente, care pătrund liber în spațiu.
Autorii noii lucrări au propus un scenariu diferit. Ei au admis împrăștierea elastică între materia întunecată și neutrini. În universul timpuriu, neutrinii erau extrem de denși și rapizi. Chiar și interacțiunea slabă le permitea să transfere impuls particulelor de materie întunecată.
Acest proces duce la un fenomen numit amortizare a difuziei. Gravitația tinde să colecteze materia întunecată în halouri dense, în timp ce împrăștierea neutrinilor împiedică acest lucru. Drept urmare, creșterea structurilor încetinește, iar fluctuațiile mici de densitate sunt atenuate.
Conform calculelor, acest lucru este ceea ce scade parametrul S8. Universul apare astăzi mai omogen decât a prezis modelul standard fără interacțiuni.
Date, simulări și limitele descoperirii
Pentru a testa ipoteza, oamenii de știință au combinat mai multe surse independente de observații:
- Datele satelitului Planck
- Măsurători de înaltă rezoluție unghiulară cu telescop ACT
- Harta distribuției materiei DES Y3
Analiza a inclus modelare computerizată complexă și luarea în considerare a gravitației neliniare. Analiza statistică a arătat că modelul Lambda-CDM standard oferă o descriere slabă a setului de date. Un model cu interacțiuni între materia întunecată și neutrini rezolvă discrepanța.
Intensitatea optimă de interacțiune este estimată la aproximativ 10^-4. Semnificația statistică atinge nivelul de 3 sigma. În fizică, aceasta este considerată o dovadă serioasă, dar nu este încă o descoperire.
Dacă descoperirile se confirmă, materia întunecată va înceta să mai fie un fenomen de fond pasiv. Va deveni un participant activ la procesele din Univers. Observațiile viitoare ale Observatorului Vera Rubin și ale telescopului CSST ar trebui să ofere răspunsul final.
