Wie Fliegen, die in einem seidenen Spinnennetz gefangen sind, sind geisterhafte Teilchen, die als Neutrinos bekannt sind, in einem kosmischen Netz von Galaxien verwickelt.
Sie haben fast keine Masse. Sie durchlaufen wie subatomare Erscheinungen andere Materie und interagieren kaum mit ihr.
Und doch haben diese mysteriösen Teilchen den Verlauf des Universums grundlegend verändert, wie neue Forschungen zeigen.
Bei der Betrachtung von mehr als 1 Million Galaxien stellten die Wissenschaftler fest, wie sich die Schwerkraft der Neutrinos subtil auf die Orte auswirkte, an denen Galaxien nach dem Urknall zum ersten Mal verschmolzen. Die Ergebnisse geben einen Einblick in das, was Wissenschaftler für den frühesten beobachtbaren Moment nach dem Urknall halten.
Das neue Ergebnis "verstärkt unsere Überzeugung, dass wir wirklich verstehen, wie sich das Universum etwa eine Sekunde nach dem Urknall entwickelt hat", sagte der Co-Autor der Studie, Dan Green, ein Kosmologe an der Universität von Kalifornien in San Diego.
Vom heißen Durcheinander zum gespenstischen Web
Kurz nach dem Urknall war das Universum eine Mischung aus Neutrinos, Elektronen, Neutronen, Protonen und Photonen. Eine Sekunde später trennten sich Neutrinos - die leichtesten und am wenigsten wechselwirkenden Teilchen - als erste vom Rest der Materie und zoomten mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in den expandierenden Raum des Universums. Wissenschaftler nennen diese Verteilung der ersten Neutrinos den kosmischen Neutrino-Hintergrund.
Etwa 380.000 Jahre später kühlte das Universum so weit ab, dass Protonen und Elektronen zu Atomen erstarrten und das erste Licht des Universums freisetzten - den kosmischen Mikrowellenhintergrund. Die schnelle Ausdehnung der Teilchen nach außen verlangsamte sich, als Atome, die von der Schwerkraft gezerrt wurden, zusammenklumpen. Im Laufe der Zeit säten Galaxien an den größeren Klumpen mit der höchsten Dichte und bildeten schließlich das Galaxiennetz, das heute im gesamten Universum sichtbar ist.
Der kosmische Mikrowellenhintergrund kann einen Einblick in die anfängliche Verteilung der Materie im relativ frühen Universum geben. Aber die Protonen und Elektronen waren nicht die einzigen Dinge, die die Struktur des Universums beeinflussten - auch Neutrinos spielten eine Rolle.
Da die Neutrinos als erste die Partikelsuppe verließen und seitdem kaum mit etwas interagierten, landeten sie an etwas anderen Stellen als die Atomklumpen. Dies, so vermuteten Wissenschaftler, hinterließ einen leichten, aber sichtbaren Effekt auf die Struktur des kosmischen Netzes. Durch die Untersuchung von 1,2 Millionen Galaxien bestätigten die Wissenschaftler, dass die Schwerkraft der Neutrinos die Struktur des Netzes geringfügig verändert. Ihre Ergebnisse wurden am 25. Februar in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlicht.
Bisher hatten Wissenschaftler nur indirekte Hinweise auf die Wirkung der Neutrinos im kosmischen Mikrowellenhintergrund gesehen. "Dies ist der erste Beweis für die Verteilung von Materie und Galaxien", sagte Green gegenüber Live Science
Während der kosmische Mikrowellenhintergrund nach einigen hunderttausend Jahren eine Momentaufnahme des Universums liefert, kann der kosmische Neutrinohintergrund die ersten tausend Sekunden neu erzeugen und so den frühesten Blick auf das beobachtbare Universum bieten.
Neutrinos entziehen sich auch heute noch Wissenschaftlern, die sie untersuchen, da sie so schwach mit Atomen, dunkler Materie und sogar anderen Neutrinos interagieren. Die neuen Ergebnisse, die die schwache Wechselwirkung zwischen Neutrinos und Materie aufzeigen, könnten Wissenschaftlern auch helfen, diese schwer fassbaren Teilchen hier auf der Erde in kleineren Maßstäben besser zu verstehen, sagte Green gegenüber Live Science.
"Es gibt eine enge Verbindung zwischen den groß angelegten und kleinen Studien von Neutrinos", sagte Bill Louis, ein Physiker am Los Alamos National Laboratory, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war. "Die Kombination von groß angelegten und kleinen Studien wird uns helfen, mehr über Neutrinos und die Kosmologie zu verstehen."
Die Entdeckung könnte sogar dazu beitragen, festzustellen, ob es zusätzlich zu den drei bereits bekannten eine andere Art von Neutrino gibt, sagte Louis gegenüber Live Science.
