在早期，宇宙是強(qiáng)相互作用粒子的高能混合物。首先從這種濃湯中掙脫出來的粒子是中微子，它是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中最輕、相互作用最弱的粒子。

這些中微子今天仍然存在于我們的周圍，但是由于它們的相互作用非常微弱，所以很難直接探測(cè)到。包括阿姆斯特丹大學(xué)的丹尼爾·鮑曼和本杰明·沃利斯奇在內(nèi)的一個(gè)國(guó)際宇宙學(xué)家團(tuán)隊(duì)，現(xiàn)在已經(jīng)成功地測(cè)量了這種“宇宙中微子背景”對(duì)星系在宇宙演化過程中聚集方式的影響，這項(xiàng)研究發(fā)表在本周的《自然物理》期刊上。

博科園-科學(xué)科普：當(dāng)一顆鵝卵石被扔進(jìn)池塘?xí)r，它會(huì)在水面上產(chǎn)生漣漪，并以同心圓的形式向外傳播。類似地，原始等離子體中密度最大的區(qū)域產(chǎn)生的物質(zhì)殼層(主要是質(zhì)子和電子)幾乎以光速向外傳播，但速度并不完全是光速。這種物質(zhì)向外的推力是由早期宇宙中的大量高能光子產(chǎn)生。宇宙大爆炸后大約38萬年，當(dāng)自由電子被質(zhì)子捕獲并結(jié)合成電中性氫原子時(shí)，這些物質(zhì)殼層的擴(kuò)散停止了，因?yàn)楣庾硬辉倥c電子相互作用。由此形成的凍結(jié)的物質(zhì)殼層成為致密區(qū)域，在那里最終會(huì)形成過量的星系。

這預(yù)示著在大約5億光年的距離內(nèi)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的星系對(duì)，這相當(dāng)于早期宇宙中形成冰凍殼層的大小。2005年在斯隆數(shù)字天空調(diào)查(SDSS)測(cè)量的星系分布中，確實(shí)首次觀察到了這種效應(yīng)。宇宙中微子背景的存在以一種微妙但相關(guān)的方式影響了上面描述的圖片。當(dāng)中微子與其他原始物質(zhì)解耦后，它們開始以光速運(yùn)動(dòng)，比其他物質(zhì)略快。因此，中微子的殼層就超過了物質(zhì)的殼層，中微子的引力輕微地使物質(zhì)殼層變形，在種子中產(chǎn)生微小的畸變，為以后星系的形成提供了條件。

這種宇宙中微子對(duì)宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的影響應(yīng)該通過仔細(xì)分析星系的聚類來檢測(cè)。在論文中，鮑曼和合作者研究了120萬個(gè)星系的SDSS數(shù)據(jù)，這些星系的距離約為60億光年。統(tǒng)計(jì)分析證實(shí)了充滿整個(gè)空間宇宙中微子浴的預(yù)期特征。這個(gè)新測(cè)量構(gòu)成了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型的有趣確認(rèn)，該模型將大爆炸后一秒中微子的產(chǎn)生與數(shù)十億年后星系的聚集聯(lián)系起來。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: 荷蘭科學(xué)研究組織（NWO）

參考期刊文獻(xiàn):《Nature Physics》

DOI: 10.1038/s41567-019-0435-6

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