Slik veier man nøytrinoer med galakser

Hvis man holder et våkent øye med fordelingen av galakser i universet, kan man regne ut hvor stor masse nøytrinoer har. De små elementærpartiklene har nemlig dyttet til stoffet i det tidlige universet.  

Publisert

Det største og det minste henger sammen. Man kan lære mer om noen av universets mest uanselige partikler, nøytrinoene, ved å studere noen av universets største objekter, galaksene.

Det er i hvert fall det 27-årige Signe Riemer-Sørensen håper. Hun har nettopp fått Det Frie Forskningsråds pris som Ung Eliteforsker i Danmark. Med prisen følger en bevilgning på 1 233 750 kroner, og de skal brukes i Australia.

Her holder nemlig WiggleZ-prosjektet til. Forskerne down under holder på å gjøre ferdig et 3D-kart over alle galaksene i en kubikkgigaparsec av universet.

En kubikkgigaparsec er et kolossalt volum: Det tilsvarer en kasse på 30 857 milliarder milliarder kilometer på hvert side.

Informasjonen om den nøyaktige plasseringen av de 240 000 galaksene i dette enorme volumet er noe Riemer-Sørensen kan bruke når hun skal være med på å bestemme nøytrinoenes masse.

Nøytrinoene dyttet til materien

– Nøytrinoer er de aller minste partiklene vi kjenner til. Men de påvirket likevel den måten materien klumpet seg sammen i det tidlige universet, forteller Riemer-Sørensen.

– Den måten galaksene er fordelt på i dag, avhenger faktisk av hvor stor masse nøytrinoene har, sier hun.

De små nøytrinoene var nemlig i stand til å dytte til det andre stoffet i det tidlige universet. Jo tyngre nøytrinoer er, desto kraftigere kunne de spre stoffet utover, slik at galaksene hadde mer problemer med å dannes.

– Jo lettere nøytrinoene er, desto flere galakser vil man se i universet, og jo tettere på hverandre vil de være dannet – i grove trekk, sier Riemer-Sørensen.

Galaksefordelingen kan gi svaret

Så det gir god mening å se på galakser for å lære mer om nøytrinoer. Og derfor er WiggleZ-prosjektet uhyre interessant for Riemer-Sørensen, noe som egentlig ikke lå i kortene fra starten:

– WiggleZ er faktisk ikke designet for å bestemme massen av nøytrinoer – det er designet til å undersøke mørk energi. Men i den forbindelse har forskerne altså målt hvor galaksene befinner seg på himmelen, og hvor langt det er ut til dem – slik at de ender med et tredimensjonalt kart over en del av universet.

– Det unike ved WiggleZ er at forskerne går lengre ut i universet og ser på flere galakser enn man hittil har gjort. Og når man ser langt ut i universet, ser man også tilbake i tiden, forteller Riemer-Sørensen.

Hun er mest interessert i fordelingen av de tidlige galaksene, for her er effekten av nøytrinoene tydeligst.

Den manglende brikken i puslespillet

Og nøytrinoenes masse er en av de brikkene som mangler i fysikernes store puslespill.

Den beste modellen for stoffet og kreftene som finnes i universet, kalles for standardmodellen, og den virker veldig godt når man for eksempel skal forutsi resultatet av eksperimenter innen partikkelfysikk.

Men den er ikke helt nøyaktig når det er nøytrinoer involvert.

Ifølge standardmodellen er nøytrinoer nemlig uten masse, og siden vi nå vet at de faktisk har en masse, må modellen forbedres.

Og her ville en kunnskap om nøytrinoenes masse være en stor hjelp – ikke minst for de partikkelfysikerne som arbeider med eksperimenter ved partikkelakseleratorer som LHC ved forskningssenteret CERN.

Hvis man kjenner nøytrinoenes egenskaper, blir det også noe lettere å bygge nøytrinoteleskoper – instrumenter som kan oppdage nøytrinoer fra fjerne objekter i universet og dermed lære forskerne mer om disse objektene.

Så det ville være bra hvis Riemer-Sørensen og hennes kolleger kunne komme med et kvalifisert forslag på nøytrinoenes masse.

______________________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Referanse og lenker

WiggleZ-prosjektets hjemmeside

Dark Cosmology Centre: Gratulerer til Signe