Det sägs ofta att vi ännu inte har upptäckt mörk materia partiklar. Det är inte riktigt sant. Vi har inte upptäckt partiklarna som består av kall mörk materia, men vi har upptäckt neutriner. Neutrinos har massa och interagerar inte starkt med ljus, så de är en form av mörk materia. Även om de inte löser mysteriet med mörk materia, spelar de en roll i formen och utvecklingen av vårt universum.
De möjliga förklaringarna till mörk materias natur. Kredit: G. Bertone och T. M. P. Tait
Från de bevis vi har på mörk materia, såsom klustring av galaxer och gravitationslinser, vet vi att den mesta mörk materia måste vara kallt. Det betyder att den troligen är gjord av tunga partiklar. En rad möjligheter har föreslagits, från exotiska partiklar som kallas axioner till små primordiala svarta hål. Än så länge har ingen sådan lösning hittats. Men medan det mesta av mörk materia måste vara kall, kan annan mörk materia som är varm eller varm också spela en roll.
Neutrinos finns i tre smaker. Kredit: IceCube Collaboration
Neutrinos är en form av het mörk materia. Temperaturen på ett material bestäms av hastigheten på dess partiklar. Eftersom neutriner rör sig med nästan ljusets hastighet, är de en form av het materia. Under lång tid trodde man att neutriner var masslösa och därför inte skulle vara en del av mörk materia. Sedan på 1990-talet befanns de ha en liten mängd massa. Deras massa är så liten att vi inte vet vad det är. Vi vet bara att neutriner har massa eftersom tillståndet hos en neutrino kan förändras över tiden genom en process som kallas oscillation. Detta skulle inte vara möjligt om de var masslösa och rörde sig med ljusets hastighet.
Så neutriner är en del av mörk materia, men vilken roll spelar de? Det är frågan som nyligen undersökts iAstrofysisk tidskrift. Teamet körde datorsimuleringar om hur neutriner interagerar på en kosmisk skala. Eftersom de inte känner till massan av neutriner skapade de en simulering där de kunde variera massan för att studera olika resultat. De fann att även om neutriner tenderar att klumpa ihop sig med galaxer, arbetar de faktiskt för att hindra mängden kluster av kall mörk materia. Mängden hinder beror på neutrinernas massa.
Tidigare studier har visat hur neutrinomassa kan påverka kosmisk evolution, men denna studie visar hur neutriner kan påverka kall mörk materia. Ytterligare forskning skulle till och med kunna tillåta astronomer att använda galaktiska kluster för att fastställa massan av neutriner, och därmed använda de mest massiva objekten i universum för att mäta partiklar med den minsta massan. Det är en het idé som skulle vara ganska cool.
Referens:Yoshikawa, Kohji, et al.' Kosmologiska Vlasov–Poisson-simuleringar av strukturbildning med relikneutriner: ickelinjär klustring och neutrinomassanKo .'The Astrophysical Journal904,2 (2020): 159.