Великий Всесвіт і маленьке нейтрино
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Виявляється, властивості всього нашого Всесвіту, включаючи масу, розміри, вік, структуру та майбутню еволюцію, залежать від того, які нейтрино його населяють. Населяють його в основному, на жаль, ці крихітні і невловимі частинки, а зовсім навіть не баріони, з яких «зроблені» зірки, галактики, міжзоряний пил і хмари.
Сьогодні існує не погана, вже названа «стандартною», теорія нейтринного Всесвіту. Вона відома більше як «теорія млинців». Згідно з нею, середня щільність Всесвіту, що спостерігається, визначається легкими нейтрино одного і того ж сорту з масою в тридцять електрон-вольт кожне. Теорія пояснює, чому галактики об’єднуються в плоскі скупчення — «млинці», залишаючи незаповненими величезні порожнечі в просторах між ними. Але багато і вона не пояснює. Наприклад, того, що квазарів, та й самих «млинців», до справжнього віку Всесвіту вже не повинно бути, а вони є, це ми бачимо. Приховані маси скупчень повинні перевищувати видимі приблизно в п’ятдесят разів, тоді як за прямими спостереженнями це перевищення існує не більше ніж у десять разів. Є й інші проблеми, незрозумілі у межах теорії.
Однак багато в цій концепції вдається поставити на свої місця, якщо виходити з можливості існування колись різних сортів нейтрино. Астрофізики «заклали» в цю теорію припущення про те, що на ранніх стадіях формування Всесвіту були й інші нейтрино — важкі та нестабільні частки з масою спокою до чотирьохсот електрон-вольт і з характерним часом розпаду сотні мільйонів або навіть мільярд років.
Вони потім розпалися, перетворившись на звичайні легкі та стабільні нейтрино, а також на безмасові частки — майорони, фамілони та інші. Цей «перепочинок» міг б уповільнити еволюцію скупчень і змінити їхню можливу структуру. Крім того, речовина Всесвіту тієї щільності, яка нині відома, виявилася б на половину утвореною продуктами розпаду важких нейтрино. Це не може вплинути на структуру скупчень, але зменшує в десять — сорок разів щільність речовини в «млинцях». Остання обставина робить їх значно довговічнішими і пояснює, чому вони досі не зруйнувалися.