Kosmoso plėtimosi krizė: „Davėme jauniesiems kosmologams puikų žaislą, o jie stengiasi jį sulaužyti. Gal jau ir sulaužė.“  ()

Paslaptingąjį kosmoso plėtimąsi gali lemti vaiduokliškieji neutrinai.
Neatrasta, neaktyvi dalelė galėtų padėti išsiaiškinti, kodėl visata plečiasi sparčiau, nei turėtų – ir gali būti, jos užuominų jau esame regėję

Kažką pražiopsojome. Visata plečiasi 9 procentais sparčiau, nei turėtų. Arba geriausieji mūsų matavimai netikslūs, arba per dabartinės kosmologijos plyšius žiba naujos fizikos spindesys.

Jei tai tiesa, visatos paveiksle netrukus po didžiojo sprogimo gali trūkti lengvų, kone šviesos greičiu skriejančių dalelių. Bet gali būti, kad mums pasisekė. Dalelių fizikai jau ilgiau nei dešimtmetį gaudo tokį apibūdinimą atitinkantį padarą: vaiduokliškąjį neutriną, nepanašų į kitus tris jau žinomus.

Palyginus su kitomis kosmologinėmis dilemomis, šis atvejas ne toks jau sudėtingas: dviem būdais matuojant visatos plėtimosi spartą, gaunamas vis labiau besiskiriantis rezultatas.

Pirmasis būdas stebi netolygumus kosminiame mikrobangų fone – karštos, tirštos visatos, kokia ji buvo, praėjus vos keliems šimtams tūkstančių metų nuo didžiojo sprogimo, – atspindžiuose. Iš šių fluktuacijų dydžio galima apskaičiuoti visatos, kokia sparta plėtėsi prieš 13,7 mlrd metų atsiradusi visata.

Kitas metodas matuoja, kaip sparčiai dėl visatos plėtimosi nuo mūsų tolsta tolimos galaktikos – taip buvo atrasta tamsioji energija, paslaptingoji visatą į visas šalis plečianti jėga.

Bėda kyla, kai šie du vertinimai palyginami. „Jie nesutampa“, sako Adamas Riessas iš Kosminio teleskopo mokslų instituto Baltimorėje, (Marylando valst.), vienas iš 2011 metų Nobelio fizikos premijos laureatų už tamsiosios energijos atradimą ir vienas iš straipsnio, kuriame šis neatitikimas nurodomas, autorių (arxiv.org/abs/1604.01424).

Tai ko nepastebime? Mūsų įsivaizdavimas apie visatos sandarą radikaliai keistis negali, nes jis labai gerai atitinka stebėjimus. O jie rodo, kad visatos istorija buvo balanso veiksmas vos kelių ingredientų, kovojančių už dominavimą besiplečiančioje ir kintančioje visatoje. Šis kosmoso modelis vyrauja ne vienus metus, tačiau dabar regimi jo įtampos ženklai.

„Davėme šiems išties protingiems vaikiams, jauniesiems kosmologams tai, kas, manėme, yra visai geras žaisliukas, ir dabar jie stengiasi jį sulaužyti,“ sako Michael Turner iš Čikagos universiteto. „Gal jau ir sulaužė.“

Ar pačių ingredientų pataisymas galėtų paaiškinti skirtumą?

Viena galimybė – tamsioji energija vos stipresnė, nei manėme. Arba ji, laikui bėgant, galėjo sustiprėti, ir plėtimąsi sustiprino. Tačiau tai nelabai patraukli teorija, sako Avi Loeb iš Harvardo universiteto.

Išmatuotas tamsiosios energijos stiprumas jau dabar yra „didelis galvasopis“, sako jis. O leidus jam kisti, prisidėtų dar viena, galbūt nepateisinama raukšlė. „Tai suteiktų dvigubai daugiau skausmo,“ sako Loebas.

Pakoreguoto tamsiosios energijos stiprumo nepakaktų senovinių ir dabartinių matavimų sujungimui

Bet gilesnė tamsėjančios tamsiosios energijos problema – jos nepakaktų senovinių ir dabartinių matavimų sujungimui. Pakeitus tamsiąją energiją pakankamai, ji nebeatitiktų kitų stebėjimų. „Galima tik tiek,“ tarsteli Riessas.

Lengviausias sprendimas, pasak Riesso, yra tamsusis spinduliavimas: mažos nežinomos dalelės, panašios į neutronus, laiko pradžioje judančios beveik šviesos greičiu. Tuo metu neatrastųjų dalelių poveikis būtų labiausiai juntamas (žr. „Trūkstamas litis“).

Pagal dabartinį mūsų supratimą, visatai plečiantis, tamsioji energija užpildė susidarančią erdvę, o materijai tampo labiau praskiesta. Ilgainiui išorėn stumianti tamsioji energija ėmė dominuoti materiją.

Silpnesni stabdžiai

Bet jei dalis masės būtų atsidūrusi lengvose, greitai judančiose dalelėse, tamsioji energija būtų laimėjusi dar greičiau, nes visatai plečiantis, besitempianti erdvė būtų nustūmusi daleles į žemesnę energiją, ir susilpninusi jų trauką.

Pridėjus šį ingredientą į standartinį ankstyvosios visatos vertinimą, pirminis ir dabartinis plėtimosi greitis sutaptų – ne todėl, kad „gazas“ spaustas stipriau, bet todėl, kad stabdžiai buvo kiek silpnesni.

Gali būti, kad jau esame žvilgtelėję į tamsiojo spinduliavimo daleles. Jau seniai fiksuojamos užuominos vadinamojo „sterilaus“ neutrino, kuris sąveikauja su gravitacija ir kitais trimis žinomais neutrinais, bet daugiau su niekuo.

Apmaudu, matavimai atmeta paprasčiausią trūkstamos dalelės – sterilių neutrinų – versiją. Bet gali būti dar keisčiau.

„Tarkime, šie neutronai nėra visiškai sterilūs,“ sako Alexanderis Friedlandas iš Stanfordo linijinio greitintuvo Kalifornijoje. „Jie turi savo sąveikas ir yra kažkokio paslėpto sektoriaus dalis – pasaulio, esančio čia pat po nosimi, tačiau su mūsų pasauliu sąveikaujantis itin silpnai.“

Jei taip, tokie neutrinai galėtų būti trūkstamas ingredientas. O neutrinų eksperimentais ir vis tobulėjančiais ankstyvosios visatos tyrinėjimais per kitą dešimtmetį galbūt sužinosime, ar toks slaptasis dalelių sektorius gali pateikti paaiškinimą.

„Štai tokia padėtis,“ sako Friedlandas. „Esama užuominų ir jos bus patikrintos.“

Trūkstamas litis

Nauja dalelė galėtų išspręsti dar vieną didžiojo sprogimo mįslę: kodėl litis daug retesnis, nei turėtų būti.

Gyvendamos ir mirdamos, žvaigždės sukūrė visus sunkesnius elementus, tuo tarpu lengvesnieji, tokie, kaip helis, berilis ir litis, buvo sukurti maždaug didžiojo sprogimo metu. Bet ličio galai nesueina: ankstyvojoje visatoje jo buvo 2 – 5 kartus mažiau, nei manoma, kad turėjo būti, skylant radioaktyviajam beriliui.

Dabar Andreas Goudelis su kolegomis iš Aukštųjų energijų fizikos instituto Vienoje (Austrija) mano radę dalyką, galintį tai paaiškinti: lengvą, trumpaamžę dalelę, galinčią sąveikauti su kvarkais – sudedamosiomis atomų branduolių dalimis.

Naująją dalelę galėjo pasiglemžti berilio atomai, ir šie buvo sunaikinti, nespėję suskilti į litį (Physical Review Letters, doi.org/bjm6). Spėjama, kad ji išlieka tik kelias minutes ar valandas – nepakankamai ilgai, kad galėtų pakeisti ir kitų elementų kiekius.