Universums första tids mörka strålning. Vad var denna egentligen?

 

Bild https://mcss.wustl.edu  Illustration som visar neutriner som omvandlas till mörk strålning i det tidiga universum.

Neutriner är bland de mest förekommande partiklarna i universum. Neutriner beskrivs ofta som spöklika eftersom de interagerar så svagt med materia och spelar en viktig roll i hur kosmiska strukturer bildas och utvecklas.

Nya analyser av kosmologisk data tyder på att neutriner kan interagera med varandra starkare än vad som förutspåtts i standardmodellen för partikelfysik även om laboratorieexperiment sätter strikta gränser för sådana interaktioner.

Bhupal Dev  docent i fysik inom Arts & Sciences och fellow vid McDonnell Center for the Space Sciences vid Washington University i St. Louis har i en ny studie (se nedan) tillsammans med kolleger visat på en möjlig förklaring till denna uppenbara mismatch. Enligt dessa kunde de kosmologiska signaler som tolkades som bevis för starkt interagerande neutriner istället komma från en ytterligare komponent av strålning i det tidiga universum. Eftersom kosmologiska observationer främst mäter den totala mängden snabbrörlig strålning kan de inte enkelt skilja neutriner från andra lätta partiklar som beter sig likartat," beskriver Dev.

Dev föreslår att en del av neutrinerna omvandlades till en annan typ av ljus, snabbrörlig strålning känd som mörk strålning under universums tidigaste ögonblick.

Transformationen måste ha ägt rum efter Big Bang-nukleosyntesen (tiden innan större atomer än väte kom till med andra ord innan neutronen kom till och det bara fanns protoner) ) men före bildandet av den kosmiska mikrovågsbakgrunden.

"I detta scenario skulle mörk strålning kunna efterlikna de kosmologiska effekter som tillskrivs interagerande neutriner samtidigt som den undviker de experimentella begränsningar som gäller för neutrinerna själva," beskriver Dev.

Om denna mörka strålningsmekanism uppstod skulle den också kunna påverka flera pågående gåtor inom kosmologin. Dessa inkluderar osäkerheter i neutrinomassor och den långvariga Hubble-spänningen, som är skillnaden mellan olika mätningar av hur snabbt universum expanderar.

"Vårt arbete belyser ett bredare paradigm inom neutrinokosmologi," sade Dev. "Degenereringen mellan neutriner och neutrinoliknande mörk strålning öppnar nya vägar för att hantera kosmologiska spänningar samtidigt som man respekterar jordiska begränsningar."

Framtida observationer kan hjälpa till att testa idén. Nästa generations mätningar av den kosmiska mikrovågsbakgrunden, storskaliga strukturundersökningar och framväxande 21-centimeters kosmologiexperiment kan avslöja spår av denna dolda strålning.

Laboratorieexperiment som mäter neutriners absoluta massa eller söker efter möjliga sterila neutriner kan också ge viktiga ledtrådar.

Med andra ord, även om interaktioner mellan neutriner och mörk strålning kan vara spöklika, kommer de inte att bli dolda för alltid.

Dev  publicerade nyligen studiens  resultat   tillsammans med kolleger  i en artikel i Physical Review Letters. 

Varifrån i Vintergatan kommer neutriner och hur många träffar jorden

 

Bild https://news.ku.dk/  Karta över Vintergatan baserad på data från ESAs Gaia-teleskop (kredit: ESA).

De kallas spökpartiklar och de finns överallt. Biljoner av dem strömmar ständigt genom allt. Våra kroppar, jorden, kosmos, hela tiden utan att vi märker eller påverkas av det (vad vi vet). Dessa så kallade neutriner är elementarpartiklar och är osynliga, otroligt ljusa och bara sällan interagerar de med annan materia. Ovanligheten av deras interaktioner gör neutriner extremt svåra att upptäcka. Men när forskare lyckas fånga dem kan de erbjuda extraordinära insikter om universum.

Neutriner kommer till i våldsamma kosmiska händelser och även i kärnreaktioner inuti stjärnor. Nu har forskare vid Köpenhamns universitet tagit fram den mest omfattande modellen hittills där de kartlägger hur många neutriner alla stjärnor i vår egen Vintergata genererar och hur många som når jorden. Studiens resultat har nyligen publicerats i den vetenskapliga tidskriften Physical Review D. 

"För första gången har vi en konkret uppskattning av hur många av dessa partiklar som når jorden, var i galaxen flertalet kommer från och hur deras energi fördelas. Eftersom spökpartiklar kommer direkt från stjärnornas kärna kan de berätta saker som ljus och annan strålning inte kan," beskriver huvudförfattaren till den nya studien, postdoktor Pablo Martínez-Miravé från Niels Bohrinstitutet på Universitetet i Köpenhamn. Forskarna kombinerade avancerade stjärnmodeller med data från ESAs Gaia-teleskop för att kartlägga var neutriner i Vintergatan huvudsakligen härstammar från. 

Studien (se ovan) visar att den stora majoriteten kommer från området runt galaxens centrum (där de flesta stjärnor finns och även det svarta hålet finns), där de flesta stjärnor är koncentrerade särskilt i områden några tusen ljusår från jorden. 

Vid CERN i Schweiz finns forskning och infångning av neutriner se denna länk. 

Miljarder spökpartiklar passerar igenom oss varje sekund.

Otroligt men sant. Miljarder partiklar kallade neutriner eller spökpartiklar passerar allt varje sekund oss likväl som alla organiska eller oorganiska material. De finns överallt men är likväl nästan omöjliga att påvisa och mäta.

Det var mängder av materia inte antimateria som en gång bildades när universum uppstod. Mörk materia vet vi inget om fast denna är mycket vanlig (om nu inte mörk materia är en illusion) hoppet är att mätningar av neutriner kan ge lösningar till vad mörk materia är.

Forskning pågår och varifrån svar hoppas ges är vid sydpolen och dess is. Här samarbetar 300 forskare från 48 universitet och nationella forskningscentra i 12 länder genom att analysera mätningar från ice cube.

IceCube är en partikeldetektor på sydpolen vilken registrerar interaktioner av den subatomära partikeln vilken är så svår att mäta men väl så viktig för att förstå vår verklighets uppbyggnad. Neutrinen.

Synen på en av universums vanligaste partiklar ljuspartiklarna neutriner förändras. Upptäckten ger 2015 års nobelpris.

 Takaaki Kajita från Japan och kanadensaren Arthur B. McDonald. är 2015 års nobelpristagare i Fysik. Deras upptäckt att neutriner förändras och därmed som ljuspartiklar innehåller en massa är en sensation inom fysikvärlden.

Partiklarna är den näst vanligaste partikeln i universum och bombarderar allt hela tiden, passerar allt hela tiden och produceras genom kärnklyvning i stjärnor inklusive vår sol naturligtvis. De uppstår i mötet mellan kosmisk strålning och jordens atmosfär mm.

Fast de är otroligt vanliga är de även otroligt svårfångade och därmed svåra att få grepp om.

Hoppet är att fånga så många som möjligt och försöka förstå vad de är och vad de gör för att lära mer om universums uppbyggnad, nu och då och hur allt kom till.

Vad som är den vanligaste partikeln i universum vet vi inte men vi kallar det mörk materia. Kanske detta är något slag av eller är neutriner vem vet?

Observatoriet Ice Cub under Sydpolens is upptäckte högenergi neutriner. En otrolig mystisk energikälla har därmed upptäckts kommen från det

Miljarder neutriner passerar varje sekund varje kvadratcentimeter på Jorden.

För några år sedan hittades för första gången 28 styck högenergineutriner.

Dessa högenergineutriner kommer från platser utanför vår vintergata och ger nu astronomer ett nytt forskningsområde att lära mer om.

De tros röra sig  utan problem i universum genom galaxer och stjärnor inget kan stoppa dem. troligtvis går de obehindrat genom de såkallade svarta hålen också.

Dessa högenergineutroner har ingen elektrisk laddning och är därför svårfångade.

Intresset ligger på vad som är källan till dessa objekt. Teorier finns men sanningen finns där ute. Går den att hitta?

Det handlar om miljarder neutriner  som passerar varje kvadratcentimeter på Jorden varje sekund.

Vissa av dessa har i storleksförhållande en miljon högre energi än en exploderande supernova.