Nei primi tempi, l'universo era un mix energetico di particelle fortemente interagenti. Le prime particelle a liberarsi da questa densa zuppa furono i neutrini, le particelle più leggere e più debolmente interagenti del Modello Standard della fisica delle particelle. Questi neutrini sono ancora intorno a noi oggi, ma sono molto difficili da rilevare direttamente perché interagiscono così debolmente. Un team internazionale di cosmologi, tra cui Daniel Baumann e Benjamin Wallisch dell'Università di Amsterdam, sono ora riusciti a misurare l'influenza di questo "fondo cosmico di neutrini" sul modo in cui le galassie si sono raggruppate durante l'evoluzione dell'universo. La ricerca è stata pubblicata su Fisica della natura questa settimana.

Quando un sassolino viene lasciato cadere in uno stagno, crea increspature sulla superficie dell'acqua che viaggiano verso l'esterno in cerchi concentrici. Allo stesso modo, le regioni nel plasma primordiale con le maggiori densità hanno prodotto gusci di materia (principalmente protoni ed elettroni) che si propagano verso l'esterno a quasi, ma non del tutto, la velocità della luce. Questa spinta verso l'esterno della materia è stata creata dal gran numero di fotoni ad alta energia nell'universo primordiale.

380 circa, 000 anni dopo il Big Bang, quando gli elettroni liberi sono stati catturati dai protoni per combinarsi in atomi di idrogeno elettricamente neutri, la diffusione di questi gusci di materia si fermò perché i fotoni cessarono di interagire con gli elettroni. I risultanti gusci di materia congelati divennero le regioni dense in cui alla fine si sarebbe formato un eccesso di galassie. Ciò predice che un numero maggiore di coppie di galassie dovrebbe essere trovato a una separazione di circa 500 milioni di anni luce, corrispondente alla dimensione dei gusci congelati creati nell'universo primordiale. Nel 2005, questo effetto è stato infatti osservato per la prima volta nella distribuzione delle galassie misurata dallo Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Un effetto neutrino

La presenza del neutrino cosmico di fondo condiziona il quadro sopra descritto in modo sottile, ma rilevante. Dopo che i neutrini si sono disaccoppiati dal resto della materia primordiale, hanno iniziato a viaggiare alla velocità della luce, leggermente più veloce del resto della questione. I gusci dei neutrini hanno quindi superato i gusci della materia. Di conseguenza, l'attrazione gravitazionale dei neutrini deformava leggermente i gusci di materia, creando piccole distorsioni nei semi per la formazione di galassie in tempi molto successivi. Questa influenza dei neutrini cosmici sulla struttura su larga scala dell'universo dovrebbe essere rilevabile analizzando attentamente l'ammasso di galassie.

Nella loro carta, Baumann e collaboratori hanno studiato nuovi dati SDSS di circa 1,2 milioni di galassie, ad una distanza di circa 6 miliardi di anni luce. La loro analisi statistica conferma la firma attesa del bagno di neutrini cosmici che riempie tutto lo spazio. Questa nuova misura costituisce un'interessante conferma del modello cosmologico standard che lega la produzione di neutrini un secondo dopo il Big Bang all'ammasso di galassie miliardi di anni dopo.