在早期，宇宙是强相互作用粒子的高能混合物。首先从这种浓汤中挣脱出来的粒子是中微子，它是粒子物理学标准模型中最轻、相互作用最弱的粒子。这些中微子今天仍然存在于我们的周围，但是由于它们的相互作用非常微弱，所以很难直接探测到。包括阿姆斯特丹大学的丹尼尔·鲍曼和本杰明·沃利斯奇在内的一个国际宇宙学家团队，现在已经成功地测量了这种“宇宙中微子背景”对星系在宇宙演化过程中聚集方式的影响，这项研究发表在本周的《自然物理》期刊上。
博科园-科学科普：当一颗鹅卵石被扔进池塘时，它会在水面上产生涟漪，并以同心圆的形式向外传播。类似地，原始等离子体中密度最大的区域产生的物质壳层(主要是质子和电子)几乎以光速向外传播，但速度并不完全是光速。
这种物质向外的推力是由早期宇宙中的大量高能光子产生。宇宙大爆炸后大约38万年，当自由电子被质子捕获并结合成电中性氢原子时，这些物质壳层的扩散停止了，因为光子不再与电子相互作用。由此形成的冻结的物质壳层成为致密区域，在那里最终会形成过量的星系。
宇宙中贝壳状星系团的印象概念图，宇宙大爆炸后产生的中微子微妙地影响着其精确形状。图片：Zosia Rostomian (LBNL), SDSS-III, BOSS
这预示着在大约5亿光年的距离内，将会发现更多的星系对，这相当于早期宇宙中形成冰冻壳层的大小。2005年在斯隆数字天空调查(SDSS)测量的星系分布中，确实首次观察到了这种效应。宇宙中微子背景的存在以一种微妙但相关的方式影响了上面描述的图片。当中微子与其他原始物质解耦后，它们开始以光速运动，比其他物质略快。因此，中微子的壳层就超过了物质的壳层，中微子的引力轻微地使物质壳层变形，在种子中产生微小的畸变，为以后星系的形成提供了条件。
这种宇宙中微子对宇宙大尺度结构的影响应该通过仔细分析星系的聚类来检测。在论文中，鲍曼和合作者研究了120万个星系的SDSS数据，这些星系的距离约为60亿光年。统计分析证实了充满整个空间宇宙中微子浴的预期特征。这个新测量构成了对标准宇宙模型的有趣确认，该模型将大爆炸后一秒中微子的产生与数十亿年后星系的聚集联系起来。
博科园｜研究/来自: 荷兰科学研究组织（NWO）
参考期刊《Nature Physics》
DOI: 10.1038/s41567-019-0435-6
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