又一個驚喜！在星系群中發現可見的中微子！

博科園：本文為粒子物理學類

在早期，宇宙是強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，它是粒子物理學標準模型中最輕、相互作用最弱的粒子。這些中微子今天仍然存在於我們的周圍，但是由於它們的相互作用非常微弱，所以很難直接探測到。包括阿姆斯特丹大學的丹尼爾·鮑曼和本傑明·沃利斯奇在內的一個國際宇宙學家團隊，現在已經成功地測量了這種「宇宙中微子背景」對星系在宇宙演化過程中聚集方式的影響，這項研究發表在本周的《自然物理》期刊上。

博科園-科學科普：當一顆鵝卵石被扔進池塘時，它會在水面上產生漣漪，並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域產生的物質殼層(主要是質子和電子)幾乎以光速向外傳播，但速度並不完全是光速。這種物質向外的推力是由早期宇宙中的大量高能光子產生。宇宙大爆炸後大約38萬年，當自由電子被質子捕獲並結合成電中性氫原子時，這些物質殼層的擴散停止了，因為光子不再與電子相互作用。由此形成的凍結的物質殼層成為緻密區域，在那裡最終會形成過量的星系。

宇宙中貝殼狀星系團的印象概念圖，宇宙大爆炸後產生的中微子微妙地影響著其精確形狀。圖片：Zosia Rostomian (LBNL), SDSS-III, BOSS

這預示著在大約5億光年的距離內，將會發現更多的星系對，這相當於早期宇宙中形成冰凍殼層的大小。2005年在斯隆數字天空調查(SDSS)測量的星系分布中，確實首次觀察到了這種效應。宇宙中微子背景的存在以一種微妙但相關的方式影響了上面描述的圖片。當中微子與其他原始物質解耦後，它們開始以光速運動，比其他物質略快。因此，中微子的殼層就超過了物質的殼層，中微子的引力輕微地使物質殼層變形，在種子中產生微小的畸變，為以後星系的形成提供了條件。

這種宇宙中微子對宇宙大尺度結構的影響應該通過仔細分析星系的聚類來檢測。在論文中，鮑曼和合作者研究了120萬個星系的SDSS數據，這些星系的距離約為60億光年。統計分析證實了充滿整個空間宇宙中微子浴的預期特徵。這個新測量構成了對標準宇宙模型的有趣確認，該模型將大爆炸後一秒中微子的產生與數十億年後星系的聚集聯繫起來。

博科園-科學科普｜研究/來自: 荷蘭科學研究組織（NWO）

參考期刊文獻:《Nature Physics》

DOI: 10.1038/s41567-019-0435-6

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