Je temná hmota podobnější té běžné, než jsme si mysleli?

- Vesmír autor: Julie Nováková

Povaha temné hmoty, která podle dosavadních dat tvoří zhruba čtvrtinu z celkového součtu hmoty a energie ve vesmíru, představuje jednu z hlavních záhad moderní kosmologie. Co když je ale řešením hádanky její neexistence? Podle teoretického fyzika Glenna Starkmana z Clevelandské university může být to, co považujeme za temnou hmotu, jen nám známou hmotou "v přestrojení".

Červí díra (ilustrační snímek)

Červí díra (ilustrační snímek),zdroj: ThinkStock

Pozorování červeného posuvu vzdálených supernov, gravitační interakce hvězd v rámci naší galaxie i galaxií samotných a řada dalších dat nasvědčují tomu, že námi pozorovaná běžná hmota představuje pouhý zlomek hmoty ve vesmíru.

Necháme-li teď stranou energii a podíváme-li se pouze na hmotu, ta běžná zřejmě představuje okolo 15 procent veškeré hmoty. Zbývajících 85 procent tvoří takzvaná temná hmota, která neabsorbuje ani nevydává světlo a s ostatní hmotou na sebe vzájemně působí jen slabou interakcí. Z čeho se ale skládá?

Standardní model zatím nedokáže temnou hmotu spolehlivě vysvětlit. Navrženo pro ni bylo několik různých hypotéz. Mezi ně patří WIMPs, neboli weakly interacting massive particles (slabě interagující hmotné částice), ale i MACHOs (masivní astrofyzikální kompaktní objekty hala – někdy též pokládané i za prvotní černé díry) nebo WIMPZILLAs (hypotetizovaná masivnější forma WIMPs).

To ukazuje jednak na to, že kosmologové mají smysl pro humor, ale také na to, že ohledně původu temné hmoty zatím žádná velká shoda nepanuje.

Glenn Starkman se však domnívá, že při pátrání po povaze temné hmoty můžeme být na úplně špatné stopě.

Co když jde o hmotu složenou z kvarků stejně tak jako protony a neutrony, ze kterých se skládají jádra našich atomů? Nepředstavujte si však stejnou konfiguraci, jakou dosud známe, tedy dva "horní" kvarky a jeden "dolní" tvořící proton a dva "dolní" s jedním "horním" tvořící neutron. Protony a neutrony patří mezi takzvané baryony, a i jejich uskupení byla navržena jako možné vysvětlení temné hmoty, tentokrát pod akronymem RAMBOs.

To však není tento případ. Temná hmota by podle Starkmana mohla být tvořena velmi hustými seskupeními velkého množství všech šesti typů kvarků i antikvarků, nevytvářela by tedy vůbec atomová jádra.

Tato tzv. "makra" by byla složena z podobně husté hmoty jako neutronové hvězdy, ale jelikož by neobsahovala téměř žádný prázdný prostor a žádné elektrony, nemohla by se v nich zažehnout termojaderná fúze – hvězdy by z nich vzniknout nemohly. Zároveň by vysoká hustota hmoty bránila světlu s těmito částicemi výrazně interagovat.

Recept na temnou hmotu je hotov.

Dříve byly podobné hypotézy zavrženy zejména proto, že dostatečně hmotné částice – například o hmotnosti hvězd – by i pro nás zachytitelně svou gravitací ohýbaly světlo. Takové částice temné hmoty však nebyly pozorovány, i když velmi se jim podobají možné kvarkové hvězdy.

Tyto objekty by vznikaly v nitru neutronových hvězd zhroucením hmoty do velmi husté a hmotné aglomerace kvarků. Existuje několik kandidátů na takové objekty, dosavadní měření však zdaleka nejsou dostatečná.

Starkman se ovšem domnívá, že ve skutečnosti by mohla vznikat i znatelně menší a méně extrémně hmotná makra, která bychom dokázali detekovat velice obtížně.

Pokusy tyto částice nalézt však zatím selhávaly. Chystají se však nové, lépe vybavené experimenty, především vyslání velmi citlivých seismometrů na Měsíc, které by dokázaly zachytit i jemné otřesy způsobené interakcí s prolétajícími částicemi temné hmoty.

Starkmanovu hypotézu nedávno nepřímo podpořila experimentální data z urychlovače částic v CERNu. Byl totiž objeven pentakvark, částice složená ze čtveřice kvarků a jednoho antikvarku.

Existence této částice nám snad bude moci napovědět více o silné jaderné síle, která na subatomárních škálách drží kvarky pohromadě.

Kdyby ale velké aglomerace kvarků vznikaly snadno, proč je ve vesmíru tolik běžné hmoty? Na tuto otázku zatím Starkman a jeho tým nemají jasnou odpověď. Výzkum však trvá a brzy se možná dostaneme na stopu dalším odpovědím, ať už se ukáže, že temnou hmotu tvoří makra, WIMPs nebo jiné fascinující objekty.

Tagy: vesmír CERN fyzika věda a technika astrofyzika temná hmota urychlovač částic věda a poznání pentakvark

Zdroje: Vlastní,New Scientist