Τα νετρίνο υπολογίζονται μόνο για το ένα πέμπτο της σκοτεινής ύλης

Από σελίδα του UniSci, 10 Απριλίου 2002

Το νετρίνο, το ελαφρύτερο από τα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια, που είναι ένα δισεκατομμύριο φορές ελαφρύτερο από το άτομο του υδρογόνου,  το πολύ-πολύ μπορεί να αποτελεί κάτι λιγότερο από το ένα πέμπτο της σκοτεινής ύλης στο Σύμπαν.

Αυτά είναι τα συμπεράσματα από τους αστρονόμους στο Κέιμπριτζ, οι οποίοι χρησιμοποίησαν στοιχεία από το Άγγλο-Αυστραλιανό τηλεσκόπιο 2dF Galaxy Redshift Survey (2dFGRS). Τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν από τον Δρ Ofer Lahav του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ στη συνεδρίαση της Βρετανικής Εθνικής Αστρονομίας στο Μπρίστολ της Αγγλίας.

Τα συμπεράσματα προέρχονται από τη λεπτομερή μελέτη της 2dF (πεδίο δύο μοιρών), χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο στη Νότια Νέα Ουαλία της Αυστραλίας. Το τηλεσκόπιο έχει δημιουργήσει τον μεγαλύτερο παγκόσμιο τρισδιάστατο κατάλογο των γαλαξιών μέχρι τώρα, που αυτή την περίοδο αποτελείται από 220.000 γαλαξίες. Μια ομάδα 30 ερευνητών αναλύει την έρευνα για να απαντήσει στα θεμελιώδη ζητήματα για το Σύμπαν.

Το νετρίνο έρχεται σε τρεις διαφορετικές ποικιλίες, και ήταν από πολύ καιρό η σκέψη να μην έχει καθόλου μάζα, αλλά οι παρατηρήσεις των νετρίνο που εκπέμπονται από τον ήλιο και που δημιουργούνται από τις κοσμικές ακτίνες στη γήινη ατμόσφαιρα στα τελευταία έτη, έχουν αποκαλύψει ότι αυτό δεν μπορεί να συμβεί.

Ένας προσδιορισμός των μαζών των νετρίνο θα παρείχε ενδείξεις για τη φυσική των διαδικασιών που εμφανίζονται κάτω υπό όρους που βρίσκονται πέρα από την προσιτότητα των παρόντων πειραμάτων φυσικής σωματιδίων.

Από καιρό ήταν γνωστό ότι υπάρχει κάτι περισσότερο στο Σύμπαν μας, από αυτό που μπορούμε να δούμε στον έναστρο ουρανό. Πράγματι, οι αστρονόμοι τώρα ξέρουν ότι τα ορατά μέρη του Σύμπανυ, όπως τα αστέρια και οι γαλαξίες, αποτελούν μόνο ένα μικρό μέρος της συνολικής μάζας του.

Το νετρίνο δεν αλληλεπιδρά με το φως, και είναι επομένως υποψήφιο για τη μυστήρια αόρατη σκοτεινή ύλη στο Σύμπαν.

Η μάζα των νετρίνο έχει επιπτώσεις στην αύξηση των μαζών που εξελίσσονται στις μεγάλες δομές που παρατηρούμε στον Σύμπαν στη σημερινή εποχή. Δεδομένου ότι τα νετρίνο είναι πολύ ελαφριά, κινούνται με, σχεδόν, την ταχύτητα του φωτός πάνω από απέραντες περιοχές, λειαίνοντας τον όγκο της ύλης.

Για να μελετήσουν αυτήν την επίδραση των μικροσκοπικών νετρίνο στον Σύμπαν, ο Δρ Oystein Elgaroy και ο Δρ Ofer Lahav (και οι δύο από το Ίδρυμα Αστρονομίας, το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ) μαζί με άλλα μέλη ομάδων του 2dFGRS, σύγκριναν τη κατανομή των γαλαξιών που χαράχτηκαν από την ομάδα 2dFGRS με θεωρητικούς υπολογισμούς, για το πώς η ύλη θα κατανεμόταν σε μοντέλα του Σύμπαντος με διαφορετικές τιμές για τη μάζα του νετρίνο.

Από αυτήν την σύγκριση της θεωρίας με την παρατήρηση, ήταν σε θέση να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι τα νετρίνο πρέπει να έχουν μια μάζα μικρότερη από το ένα δισεκατομμυριοστό του ενός ατόμου του υδρογόνου. Επίσης κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα νετρίνο αποτελούν λιγότερο από το 20% της σκοτεινής ύλης στον Σύμπαν, και ότι το υπόλοιπο επομένως πρέπει να είναι με κάποια, μέχρι τώρα, άγνωστη μορφή.

"Είναι συναρπαστικό ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τεράστιες δομές όπως οι γαλαξίες για να μάθουμε για τις ιδιότητες του ελαφρύτερου από όλα τα σωματίδια στον Σύμπαν," λέει ο Oystein Elgaroy.

"Το σκοτεινό πρόβλημα της ύλης έχει ενοχλήσει τους αστρονόμους πάνω από 70 έτη. Εάν πράγματι τα νετρίνο έχουν μάζα, η σύνθεση της ύλης και της ενέργειας στον Σύμπαν είναι ακόμα πιό περίπλοκη από ότι οι αστρονόμοι έχουν φανταστεί μέχρι τώρα, "λέει ο Ofer Lahav.

Πρόσφατα μια ομάδα πυρηνικών και σωματιδιακών φυσικών ανήγειλαν ότι αυτοί έχουν παρατηρήσει ένα νέο τύπο πυρηνικής διαδικασίας διάσπασης που περιλαμβάνει και το νετρίνο. Το αποτέλεσμά τους συζητείται ακόμα από τους επιστήμονες σε όλο το κόσμο αλλά, υπό τις παρούσες συνθήκες, αυτό υπονοεί ότι τα τρία νετρίνο έχουν περίπου την ίδια μάζα, και ότι η τιμή της είναι κατά προσέγγιση μερικά μέρη σε δέκα δισεκατομμύρια από τη μάζα ενός ατόμου υδρογόνου.

"Το αποτέλεσμά μας από την έρευνα των γαλαξιών δεν αποκλείει μια μάζα νετρίνο όπως συνάγεται από το πείραμα της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων," λέει ο Oystein Elgaroy. "Οι έρευνες με τη βοήθεια της μετατόπισης προς το ερυθρό για τα εκατομμύρια των γαλαξιών που θα ολοκληρωθούν στα επόμενα έτη, θα θέσουν ακόμα σφιχτότερα όρια στη μάζα του νετρίνο".

Ο Ofer Lahav προσθέτει: "Τα πιό πρόσφατα κοσμολογικά στοιχεία προτείνουν ότι το Σύμπαν είναι ένας μυστηριώδης σκοτεινός τόπος. Αποτελείται πιθανώς από τέσσερις οντότητες, από τις οποίες οι τρεις είναι μάλλον εξωτικές: η συνηθισμένη ύλη, το νετρίνο, μια άλλη μορφή της σκοτεινής ύλης που είναι 'ψυχρή' και η ενέργεια (που καλείται 'σκοτεινή ενέργεια' ή ενέργεια του κενού), η οποία αντιπροσωπεύεται από την κοσμολογική σταθερά λ, που προτάθηκε αρχικά από τον Einstein".

Σχεδιασμένο και χτισμένο από το Άγγλο-αυστραλιανό παρατηρητήριο, το όργανο 2dF είναι ένα από τα παγκόσμια πιο σύνθετα αστρονομικά όργανα, ικανό να συλλάβει 400 φάσματα ταυτόχρονα.

Ένας βραχίονας ρομπότ τοποθετεί μέχρι 400 οπτικές ίνες σε ένα επίπεδο πεδίο, το κάθε ένα μέσα σε μια ακρίβεια 20 μικρόμετρων. Το φως, από μέχρι 400 αστρονομικά αντικείμενα, συλλέγεται και τροφοδοτεί δύο φασματογράφους για την ανάλυση. Η διαστολή του Σύμπαντος μετατοπίζει τα φάσματα των γαλαξιών, σε πιό μακρά μήκη κύματος.

Με τη μέτρηση αυτής της "ερυθρής μετατόπισης" στο φάσμα ενός γαλαξία, μπορεί να καθοριστεί η απόσταση του γαλαξία.

Η έρευνα 2dF καλύπτει μια συνολική περιοχή 2.000 τετραγωνικών μοιρών, που επιλέγονται περίπου και στό Βόρειο και στο Νότιο ημισφαίριο.