Najdeme gravitační portály? Pátrání po podstatě temné hmoty a gama záření

V poznání vesmíru lidstvo urazilo velký kus cesty. Přesto zbývá celá řada otázek, přičemž mezi nejpalčivější a nejznámější patří existence temné hmoty. Odborníci si nad ní lámou hlavu již velmi dlouho a zatím se nezdá, že by se příliš blížili k definitivní odpovědi.

Astrofyzici Sü-tung Sun a Pen-Čung Taj z univerzity v Jün-nanu ovšem nedávno přišli s možným řešením hned dvou záhad naráz. Jde o vysvětlení podstaty temné hmoty a spolu s tím i podivuhodného záření o vysokých energiích, které odborníci detekují v oblasti jádra Mléčné dráhy a s nímž si rovněž nevědí rady. Model zmíněných badatelů využívá přitažlivý termín „gravitační portály“. Sun a Taj se domnívají, že by mohl gravitační portál „nasát“ dvě částice temné hmoty, ať už jejich podstatu tvoří cokoliv. Následně by došlo k jejich anihilaci – zániku – a uvolnění extrémně intenzivního gama-záření.

Známky existence

Základní projev temné hmoty, od něhož se veškeré úvahy o zmíněném fenoménu odvíjejí, představují podivné pohyby hvězdných ostrovů i stálic v jejich nitru a rotační křivky spirálních galaxií. Z pohybů jednotlivých hvězd, případně mezihvězdných oblaků pozorovaných rádiově měříme závislost průměrné rotační rychlosti na vzdálenosti od středu galaxie. Kdyby hvězdné ostrovy utvářela pouze svítící hmota, musela by rychlost otáčení v souladu s pohybovými zákony od centra galaxie k jejímu okraji klesat. To se však zjevně neděje: Rotační křivky naopak tendují ke konstantní rychlosti bez ohledu na vzdálenost od středu. Hustota gravitačně interagující látky tudíž musí být větší, než odpovídá hustotě látky pozorovatelné.

„Chybějící“ hmotu vysvětlují odborníci přítomností nedetekovatelné, tedy skryté látky – zmíněný termín lépe vystihuje problém, s nímž se astronomové potýkají, rozšířenější je však pojem „temná hmota“.

V dnešní době hrají při studiu temné hmoty ve vesmíru zásadní roli kupy galaxií. Astrofyzici se zaměřují zejména na pohyb hvězdných ostrovů v kupách; na rentgenové záření, jež v nich detekují; a také na gravitační čočkování, kdy přitažlivost velmi hmotného objektu určitým způsobem ohýbá záření, které k nám z galaktických kup přichází. Čočkováním lze přitom měřit hmotu kup nezávisle na jiných faktorech (viz Kupa důkazů). Ze všech tří uvedených jevů pak víceméně shodně plyne, že množství temné hmoty v kupách galaxií asi pětkrát převyšuje množství běžné látky, kterou tam pozorujeme.

Další nápovědy

Existenci temné hmoty lze také nepřímo dovodit z detailní analýzy reliktního mikro­vlnného záření vesmíru: Ačkoliv s ním skrytá látka přímo neinteraguje, ovlivňuje ho vlastním gravitačním působením, především v největších měřítkách. Analýzy reliktního záření tak opět ukazují na přítomnost temné hmoty v kosmu. Zároveň je velmi těžké skloubit je s alternativními vysvětleními sledovaných jevů, která s existencí skryté látky nepočítají.

Její přítomnost můžeme odvozovat například i z pozorovaného zrychlování vesmírné expanze; z tzv. baryonových akustických oscilací, jež se týkají uspořádání běžné hmoty v kosmu v největších měřítkách; nebo z anomálií zjištěných při mapování rudého posuvu galaxií. Pozorování ukazují, že temná hmota není zastoupena rovnoměrně, ale koncentruje se v oblastech svítící hmoty, což nijak nepřekvapuje vzhledem k faktu, že s ní gravitačně interaguje. Nalezneme však i lokality s téměř výhradní přítomností skryté látky, vytvářející dokonce prostorové struktury – shluky či podlouhlé filamenty.

Nejasná podstata

Ohledně složení temné hmoty vznikla celá řada hypotéz, které počítají s množstvím různých částic a objektů, ať už reálně existujících, nebo hypotetických. Podle některých úvah by ji mohly vytvářet entity, jež se vlastně skládají z běžné hmoty. Jde především o tzv. MACHO objekty alias Massive Compact Halo Object, o jejichž existenci již víme, ale zároveň se za běžných okolností velmi obtížně detekují, takže pro nás zůstávají „neviditelné“. 

Mohly by mezi ně patřit například černé díry – klasické i primordiální, tedy vzniklé na úsvitu vesmíru – dále neutronové hvězdy a jim podobné objekty, hnědí trpaslíci, potulné planety, bílí či chladní červení trpaslíci. Zároveň však několik fenoménů zpochybňuje, že by MACHO objekty, jež se jinak samozřejmě v kosmu v určité míře vyskytují, zodpovídaly za sledované projevy temné hmoty. Jde třeba o pozorování gravitačních čoček, která zatím nenasvědčují, že by nás obklopovalo velké množství MACHO objektů.

TIP: Hledání temné hmoty: Projekt CREDO na stopě největšího tajemství kosmu

Temnou hmotu by také mohl tvořit exotický, ale již známý materiál, kupříkladu tzv. makra. Podle některých vědců sestávají z podivné jaderné hmoty, obsahující kromě běžných částic podivné kvarky, případně další exotické částice. Pokud by taková makra existovala a vyskytovala se v kosmu ve značném množství, mohla by vytvářet efekt temné hmoty.

Dokončení: Najdeme gravitační portály? Pátrání po podstatě temné hmoty a gama záření (2) (vychází v neděli 20. února)