Οι Γαλαξίες βοηθούν να υπολογιστεί η μάζα των νετρίνων

Από σελίδα του Physical Rewiew Focus, 12 Ιουλίου 2002


Φωτεινά σημεία: Η κατανομή της ύλης στο Σύμπαν εξαρτάται εν μέρει από την ενέργεια των νετρίνων. Τα δεδομένα από μια τρέχουσα γαλαξιακή έρευνα έχει βάλει ένα νέο όριο στη μάζα του μορίου. Ομάδα Άγγλο-Αυστραλιανού τηλεσκοπίου 2dF Galaxy Redshift Survey (2dFGRS)

Χιλιάδες γαλαξίες έχουν στρατολογηθεί, από μια ομάδα των ερευνητών, για να μπορέσουν να βρουν τη μάζα του πιο μικροσκοπικού σωματιδίου, του νετρίνο. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από μια τρέχουσα γαλαξιακή έρευνα, η ερευνητική ομάδα τη βγάζει λιγότερο από το ένα δισεκατομμυριοστό της μάζας ενός ατόμου του υδρογόνου. Το αποτέλεσμα, που εμφανίζεται στο προσεχές τεύχος του Physical Review Letters( PRL), σημαίνει ότι τα πανταχού παρόντα σωματίδια θα μπορούσαν να αποτελούν το πολύ-πολύ το ένα-όγδοο της αόρατης σκοτεινής ύλης που διαχέει στο Σύμπαν.

Το νετρίνο αλληλεπιδρά τόσο ασθενώς με όλα τα άλλα σωματίδια που οι ιδιότητές του δεν μπορούν να βγουν εύκολα από τις μελέτες των επιταχυντών. Εντούτοις, τα τελευταία έτη έχουν δει στοιχειωμένα σωματίδια να έρχονται σε απότομη εστίαση με άλλα μέσα. Ακριβώς τον περασμένο Μάρτιο, αποτελέσματα από το Παρατηρητήριο Νετρίνων Sudbury (SNO) στο Οντάριο του Καναδά, ενίσχυσε την άποψη ότι τα τρία διαφορετικά είδη νετρίνο -- ηλεκτρονίου, μιονίου, και ταυ -- μπορούν να μεταλλάσσονται. Αυτή η αλλαγή υπονοεί ότι αυτά τα σωματίδια έχουν διαφορετικές μάζες, αλλά το πείραμα δεν θα μπορούσε να βρει το απόλυτο βάρος τους. 

Αλλά σε αυτό το σημείο μπορούν να βοηθήσουν οι οι γαλαξίες. Οι κοσμολόγοι έχει μια καλή ιδέα του πόση ύλη πρέπει να υπάρχει στον κόσμο, αλλά δεν έχουν έναν ακριβή κατάλογο των μερών του, επειδή δεν μπορούν να δουν ή να ανιχνεύσουν άμεσα τον μεγαλύτερο μέρος του. Εντούτοις, μπορούν να συμπεράνουν μερικές λεπτομέρειες. Η επιπεδότητα (flatness) του Σύμπαντος μας δείχνει ότι το μεγαλύτερο μέρος της ύλης σε αυτό είναι αόρατο, ή σκοτεινό όπως λέγεται. Και η κατανομή των γαλαξιών δείχνει ότι τα περισσότερα από αυτά τα σωματίδια (νετρίνα) κινούνται αργά ή ήταν ψυχρά για αρκετό διάστημα.

Όσο πιο κρύα η ύλη, τόσο περισσότερη βαρύτητα μπορεί να συγκεντρωθεί στα αστέρια, τους γαλαξίες, και τις μεγαλύτερες συσσωρεύσεις. Τα νετρίνα είναι μια σχετικά θερμή μορφή της σκοτεινής ύλης. Εάν είχαν πάρα πολύ μάζα, η ύλη θα έπρεπε να είναι λιγότερο συμπαγής στις μικρές κλίμακες από ό,τι παρατηρούμε, εξηγεί ο Ofer Lahav, ένας αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ. Εντούτοις, "αξίζει να ψάξουμε στον ουρανό για το πόσο ζυγίζουν τα νετρίνα", λέει ο ίδιος.

Έτσι αυτός, ο συνάδελφος του Oystein Elgaroy, και άλλοι συνάδελφοι του εφάρμοσαν δεδομένα από την Έρευνα Γαλαξιών με τη βοήθεια της μετατόπισης προς το ερυθρό 2dF, την μεγαλύτερη έρευνα του είδους αυτού, σε αυτό το πρόβλημα. Σύγκριναν την παρατηρηθείσα μορφή στο διάστημα 160.000 γαλαξιών με τα μοντέλα (στον υπολογιστή) της γαλαξιακής κατανομής που ενσωμάτωνε όμως διάφορες μάζες για το νετρίνο. Τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι το σωματίδιο αυτό πρέπει να ζυγίζει λιγότερο από 2.2 eV, ενώ οι προηγούμενες μελέτες είχαν βάλει σαν ανώτατο όριο 3-6 eV, αν και με διαφορετικές κοσμολογικές υποθέσεις. Σαν χαμηλότερο όριο, τα στοιχεία του SNO υπονοούν ότι τουλάχιστον ένα νετρίνο ζυγίζει 50 meV. Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων των μελλοντικών ερευνών με άλλα κοσμολογικά στοιχεία θα μπορούσε να ελαττώσει αυτό το εύρος ακόμα περαιτέρω, σημειώνουν οι ερευνητές.

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Τα νετρίνο υπολογίζονται μόνο για το ένα πέμπτο της σκοτεινής ύλης
Όταν τα νετρίνο αλλάζουν τύπο, μερικά πρέπει να έχουν μάζα
Το πρόβλημα της σκοτεινής ύλης και της διαστολής του Σύμπαντος.
Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες
The 2dF galaxy redshift survey website, including a fly-through movie of the survey
Home