«Стерильный» нейтрино и фоновое микроволновое излучение

С 2009 по 2013 гг. на околоземной орбите работала обсерватория «Планк», принадлежавшая Европейскому космическому агентству. Она следила за свечением видимого неба в микроволновом диапазоне — излучении, оставшемся, как предполагают, со времен «большого взрыва» в начале Вселенной, случившегося предположительно 13,8 млрд лет назад. Его еще называют «реликтовым». На основании полученных данных составлена полная карта этого излучения. Ученые надеялись, что она позволит разрешить многие загадки астрономии, однако вопросов оказалось, пожалуй, больше, чем ответов. О результатах исследования сообщает Nature.

По словам астрофизика Наззарено Мандолеси (Nazzareno Mandolesi), галактика производит много шума в СВЧ-диапазоне, проходящего практически через все небо. Мы видим его на экране ненастроенного телевизора. 1 декабря была представлена полная карта этого излучения. Ранее белый шум был зарегистрирован только в областях, находящихся недалеко от видимой части Млечного пути.

Благодаря наблюдениям за реликтовым излучением, измеряющимся в градусах, в различных частях Вселенной ученые смогли увидеть подтверждения стандартной модели космической эволюции. Но они же поставили под сомнение понимание темной материи как невидимых частиц, которые «расталкивают» материю, противодействуя гравитации. Вычисления предсказывали, что соотношение позитронов (антивещества) с электронами должно быть ниже при высоком напряжении. Однако наблюдения показали, что их число увеличивается с повышением энергии в прямой пропорции.

Исследователи предположили, что избыток позитронов может быть вызван столкновениями частиц, в ходе которых материи уничтожают друг друга, производя выброс позитронов. Прежде считалось, что такая картина наблюдалась лишь первые 380 тыс. лет с момента возникновения Вселенной. Но наблюдения «Планка» говорят о том, что этот процесс протекает постоянно. Хотя исследования обсерватории опровергли гипотезу производства позитронов темной материей, ее данные подтвердили, что примерно 26% всей имеющейся энергии во Вселенной приходится на ее долю.

Карта, составленная на основе данных «Планка», также позволила проверить гипотезу о том, что в зачаточном состоянии Вселенная проделала кратковременный, но огромный по масштабам скачок в росте, т.н. «инфляцию». Данные, полученные с обсерватории ранее, уже подтвердили это предположение. Однако наблюдения «Планка» пошли дальше и показали малейшие колебания температуры СВЧ-излучения на разных масштабах расстояния.

Кроме того, данные «Планка» не вполне соответствуют данным, полученными ранее с зонда имени Уилкинсона для исследования анизотропии микроволн (WMAP) по части таких параметров Вселенной, как плотность и распределение материи.

Еще одно несоответствие касается возраста Вселенной. Данные зонда Уилкинсона говорили о том, что первые звезды появились, когда Вселенной было 400 млн лет. Однако наблюдения «Планка» показывают, что звезды начали образовываться только 700-800 млн лет спустя после рождения Вселенной.

Наконец, данные «Планка» свидетельствуют, с точностью на 30% большей, чем данные 2013 года, что субатомных частиц, называемых нейтрино, все-таки только три типа. Судя по всему, общая масса трех типов нейтрино меньше, чем 0,21 электрон-вольт (при том, что электрон весит порядка 511 тыс. электрон-вольт). из этого следует, что четвертого типа нейтрино, который успели назвать «стерильным нейтрино», скорее всего не существует.

22 декабря 2014 г. Европейское космическое агентство опубликует полные данные наблюдений.

Фото превью: www.nature.com