Evrenin en gizemli iki bileşeni arasında, ilk evrene dair yeni bir araştırma sonucunda olası bir etkileşim olduğu ortaya çıktı. Yapılan analizler, evrendeki gözlemlerimizin, 'hayalet parçacıklar' olarak da bilinen nötrinoların, karanlık madde ile zayıf bir şekilde etkileşime girmesi durumunda daha kolay açıklanabildiğini gösteriyor.
Elde edilen sonuçlar, kesin bir kanıt niteliği taşımamakla birlikte, rastlantısal bir ipucu veya veri gürültüsü olarak geçiştirilemeyecek kadar güçlü bir sinyal veriyor. Bu bulgu, standart kozmolojik modelde küçük bir genişlemeye kapı aralayabilir ve karanlık maddenin tamamen çarpışmasız olduğu varsayımını esneterek nötrinolar ve karanlık madde arasında zayıf saçılmaların olmasına izin verebilir.
Nötrinolar ve karanlık madde, evrenin neredeyse hiçbir şeyle etkileşime girmeyen iki temel bileşenidir. Nötrinolar, evrende en bol bulunan parçacıklardan olup, süpernova patlamaları ve yıldızların merkezindeki nükleer füzyon gibi enerjik olaylar sırasında büyük miktarlarda oluşur. Elektrik yükleri olmaması, çok küçük kütlelere sahip olmaları ve diğer parçacıklarla nadiren etkileşime girmeleri nedeniyle bu parçacıklar 'hayalet parçacıklar' olarak adlandırılır. Milyarlarca nötrino şu anda vücudumuzdan geçmektedir; nadiren başka bir parçacıkla çarpışarak, tespit edilmesi için özel yeraltı ekipmanları gerektiren bir parçacık ve foton yağmuru oluştururlar.
Karanlık madde ise, kütleçekimsel etkiler dışında sıradan maddeyle neredeyse hiç etkileşime girmez. Varlığına dair güçlü kanıtlar, galaksi dönüş hızları ve uzay-zamanın bükülmesi gibi normal maddeyle açıklanamayan kütleçekimsel etkilerden gelir. Bu etkiler, evrendeki maddenin yaklaşık %85'inin göremediğimiz 'karanlık' maddeden oluştuğunu düşündürmektedir.
Bu iki zor algılanan bileşenin birbirleriyle etkileşime girebileceği fikri yeni değildir. 2000'lerin başlarından itibaren, bu etkileşimin varlığına dair teorik çalışmalar mevcuttur. Son birkaç yıldır bilim insanları, nötrino-karanlık madde etkileşimlerinin varlığına dair ipuçları sunan çeşitli makaleler yayımlamıştır. Bu yeni çalışma ise, bu fikri teoriden öteye taşıyarak kozmolojinin en büyük sorunlarından birini çözme umuduyla gerçekleştirilmiştir.
Bu sorun, erken evrenin kozmik mikrodalga arka planı (CMB) ve baryon akustik salınımları (BAO) gibi gözlemleri ile günümüz evreninin karşılaştırılmasıyla ortaya çıkar. CMB, Büyük Patlama'dan yaklaşık 380.000 yıl sonra evrende serbestçe yayılan ilk ışığın bir kalıntısıdır. BAO ise, erken evrende yayılan ve ortamın yoğunluğunun azalmasıyla donup kalan bir ses dalgasından geriye kalan büyük ölçekli yapılardır.
Standart kozmoloji modeline göre CMB ve BAO'dan günümüz evrenine doğru yapılan ekstrapolasyonlar, gerçekte gözlemlediğimiz evrenden daha 'topaklı' bir evren modeli ortaya koymaktadır. Bu gerilim, standart kozmolojik modelin yanlış olduğu anlamına gelmez, ancak eksik olabileceğini düşündürmektedir. Nötrinolar ve karanlık madde arasındaki etkileşimler, bu farkı açıklamaya yardımcı olabilir ve evrende yapının nasıl oluştuğuna dair yeni bir bakış açısı sunabilir.
Araştırmacılar, erken ve geç evren boyunca nötrino-karanlık madde etkileşimlerini test etmek için en kapsamlı veri kümelerinden birini derlediler. Bu küme, CMB'nin iki farklı gözlemini, üç BAO veri setini ve karanlık madde ve enerjinin dağılımını haritalandırmak için devam eden Karanlık Enerji Gözlemevi'nden alınan verileri içeriyordu. Ardından, her bir CMB ve BAO veri seti için ayrı ayrı kozmolojik simülasyonlar çalıştırıldı ve bu veriler birleştirildi. Bu sürece ek olarak, nötrino-karanlık madde saçılma etkileşimleri de hesaba katıldı.
Sonuçlar, bireysel veri kümelerinde saçılmaya yönelik hafif bir eğilim gösterdi ve bu modelle elde edilen evren, saçılma olmayan bir simülasyona göre günümüz evrenine daha çok benziyordu. Ancak, birleştirilmiş veri kümelerinde bu eğilim çok daha güçlüydü ve 3 sigma kesinliğinde bir sinyal elde edildi. Bu kesinlik, henüz sonuçlandırıcı olmaktan uzak olsa da, önceki sonuçlarla uyumlu ve daha fazla araştırma yapmayı gerektirecek kadar güçlü.
Eğer karanlık madde ve nötrinolar arasındaki bu etkileşim doğrulanırsa, bu temel bir atılım olacaktır. Bu, hem farklı kozmolojik ölçümler arasındaki kalıcı bir uyumsuzluğa ışık tutacak hem de parçacık fizikçilerine laboratuvar deneylerinde karanlık maddenin gerçek doğasını nihai olarak ortaya çıkarmaya yardımcı olacak somut bir yön gösterecektir.
Bu tür açık bir etkinin açıklanması ve titizlikle test edilmesi, parçacık kozmolojisinde kullanılan tipik yaklaşımların ötesine geçmeyi gerektirecektir ve bu, gelecekteki araştırmaların konusu olacaktır.
