В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная была горячим бульоном из частиц. Среди них могли быть нейтрино — очень лёгкие и почти неуловимые частицы. Некоторые из них, возможно, были «стерильными»: они почти не общаются с остальным веществом, как тихий гость на шумной вечеринке. Если такие частицы существуют, они могли бы составлять тёмную материю — невидимое вещество, которое удерживает галактики вместе.

Авторы новой работы рассмотрели, как стерильные нейтрино появлялись в ранней Вселенной. Обычные нейтрино, сталкиваясь друг с другом, могли порождать своих стерильных собратьев. Эти новорождённые частицы разлетались в разные стороны, и их движение влияло на то, как позже собирались сгустки обычного вещества. Такой след можно заметить в распределении галактик и в том, как далёкий газ поглощает свет.

Сравнив предсказания с данными о реликтовом излучении (свете, оставшемся с юности Вселенной) и о лесах Лайман-альфа (узорах поглощения в спектрах далёких квазаров), учёные получили строгие пределы на массу стерильных нейтрино. Эти пределы сравнимы с лучшими лабораторными ограничениями, но получены из космологии — науки о Вселенной как целом.

Такой подход напоминает детективную работу: не видя сами частицы, мы восстанавливаем их свойства по следам, которые они оставили в космическом масштабе.