11 nezodpovězených otázek o temné hmotě

18/04/2022 Iveta Mauci 10 min read 333 Zobrazení DAMA/LIBRA, Galaxie, temná hmota, vesmír

Ve 30. letech 20. století si švýcarský astronom Fritz Zwicky všiml, že galaxie ve vzdálené hvězdokupě se navzájem obíhají mnohem rychleji, než by měly vzhledem k množství viditelné hmoty, kterou měly. Navrhl, že neviditelná látka, kterou nazval temná hmota, by mohla gravitačně přitahovat tyto galaxie. Od té doby vědci potvrdili, že tento tajemný materiál lze nalézt v celém vesmíru a že je šestkrát hojnější než normální hmota, která tvoří běžné věci, jako jsou hvězdy a lidé. Přestože temnou hmotu vidí v celém vesmíru, vědci se nad ní většinou stále škrábou na hlavě. Zde je 11 největších nezodpovězených otázek o temné hmotě, které zveřejnil server livescience.com.

1| Co je temná hmota?

Za prvé a možná nejvíce matoucí, výzkumníci si stále nejsou jisti, co přesně temná hmota je. Původně se někteří vědci domnívali, že chybějící hmotu ve vesmíru tvoří malé slabé hvězdy a černé díry, ačkoli podrobná pozorování neobjevila ani zdaleka dost takových objektů, aby vysvětlila vliv temné hmoty, jak uvedl fyzik Don Lincoln z amerického ministerstva. Fermilab z Energy dříve psal pro Live Science . Současným hlavním uchazečem o plášť temné hmoty je hypotetická částice zvaná slabě interagující masivní částice nebo WIMP, která by se chovala jako neutron, kromě toho, že by byla 10 až 100krát těžší než proton, jak napsal Lincoln. Tato domněnka však vedla pouze k dalším otázkám – například…

2| Dokážeme detekovat temnou hmotu?

Pokud je temná hmota vyrobena z WIMP, měla by být všude kolem nás, neviditelná a stěží zjistitelná. Tak proč jsme ještě žádné nenašli? I když by s běžnou hmotou příliš neinteragovaly, vždy existuje určitá malá šance, že částice temné hmoty by mohla zasáhnout normální částici, jako je proton nebo elektron, když cestuje vesmírem. Vědci tedy stavěli experiment za experimentem, aby studovali obrovské množství obyčejných částic hluboko pod zemí, kde jsou chráněny před rušivým zářením, které by mohlo napodobit srážku částic temné hmoty. Problém? Po desetiletích hledání ani jeden z těchto detektorů neučinil věrohodný objev. Začátkem tohoto roku ohlásil čínský experiment PandaX nejnovější nedetekci WIMP. Zdá se pravděpodobné, že částice temné hmoty jsou mnohem menší než WIMP, řekl tehdy pro Live Science. Paul vysvětluje: Temná hmota Paul Sutter vysvětluje, co je temná hmota a jak fyzici vědí, že neviditelná látka existuje.

3| Skládá se temná hmota z více než jedné částice?

Obyčejná hmota se skládá z každodenních částic, jako jsou protony a elektrony, a také celá zoologická zahrada z exotičtějších částic, jako jsou neutrina, miony a piony. Někteří výzkumníci si tedy kladli otázku, zda temná hmota, která tvoří 85 procent hmoty ve vesmíru, může být také stejně komplikovaná. „Neexistuje žádný dobrý důvod předpokládat, že veškerá temná hmota ve vesmíru je postavena z jednoho typu částic,“ řekl fyzik Andrey Katz z Harvardské univerzity Space.com, sesterské stránce Live Science. Tmavé protony by se mohly spojit s tmavými elektrony a vytvořit temné atomy, které by produkovaly konfigurace tak rozmanité a zajímavé, jako jsou ty, které se nacházejí ve viditelném světě, řekl Katz. Zatímco takové návrhy byly stále více představovány ve fyzikálních laboratořích, přijít na způsob, jak je potvrdit nebo vyvrátit, zatím vědcům unikalo.

4| Existují temné síly?

Spolu s dalšími částicemi temné hmoty existuje možnost, že temná hmota zažívá síly podobné těm, které pociťuje běžná hmota. Někteří výzkumníci hledali „temné fotony“, které by byly jako fotony vyměňované mezi normálními částicemi, které dávají vznik elektromagnetické síle, kromě toho, že by je pociťovaly pouze částice temné hmoty. Fyzici v Itálii se připravují na rozbití paprsku elektronů a jejich antičástic, známých jako pozitrony, na diamant, jak již dříve uvedla Live Science . Pokud tmavé fotony existují, páry elektron-pozitron by mohly anihilovat a vytvořit jednu z podivných částic přenášejících sílu, což by potenciálně otevřelo zcela nový sektor vesmíru.

5| Mohla by být temná hmota vyrobena z axionů?

Jak fyzici stále více přestávají milovat WIMP, další částice temné hmoty si začínají získávat přízeň. Jednou z hlavních náhrad je hypotetická částice známá jako axion, která by byla extrémně lehká, možná jen 10 zvednutá na 31. mocninu méně hmotné než proton. Axiony se nyní hledají v několika experimentech. Nedávné počítačové simulace zvýšily možnost, že by tyto axiony mohly tvořit objekty podobné hvězdám, které by mohly produkovat detekovatelné záření, které by bylo docela podobné záhadným jevům známým jako rychlé rádiové záblesky, jak již dříve uvedla Live Science .

6| Jaké jsou vlastnosti temné hmoty?

Astronomové objevili temnou hmotu prostřednictvím jejích gravitačních interakcí s běžnou hmotou, což naznačuje, že toto je její hlavní způsob, jak dát najevo svou přítomnost ve vesmíru. Ale když se výzkumníci snaží pochopit skutečnou povahu temné hmoty, mají pozoruhodně málo co dělat. Podle některých teorií by částice temné hmoty měly být svými vlastními antičásticemi, což znamená, že dvě částice temné hmoty by při setkání jedna s druhou anihilovaly. Experiment Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) na Mezinárodní vesmírné stanici pátrá po příznacích této zániku od roku 2011 a zachytil již stovky tisíc událostí. Vědci si stále nejsou jisti, zda pocházejí z temné hmoty, a signál jim ještě musí pomoci určit, co přesně temná hmota je.

7| Existuje temná hmota v každé galaxii?

Protože temná hmota tak masivně převažuje nad běžnou hmotou, často se říká, že temná hmota je řídící silou, která organizuje velké struktury, jako jsou galaxie a galaktické kupy. Bylo tedy zvláštní, když začátkem tohoto roku astronomové oznámili, že našli galaxii s názvem NGC 1052-DF2, která zdánlivě neobsahuje téměř žádnou temnou hmotu. „Temná hmota zjevně není podmínkou pro vytvoření galaxie,“ řekl tehdy Pieter van Dokkum z Yale University Space.com . Během léta však samostatný tým zveřejnil analýzu naznačující, že van Dokkumův tým špatně změřil vzdálenost ke galaxii, což znamená, že její viditelná hmota byla mnohem slabší a lehčí než první nálezy a že větší část její hmoty byla v temné hmotě, než byla dříve navrženo.

8| Jak je to s výsledky DAMA/LIBRA?

Dlouhodobou záhadou ve fyzice částic jsou záhadné výsledky evropského experimentu známého jako DAMA/LIBRA. Tento detektor – umístěný v podzemním dole pod horou Gran Sasso v Itálii – hledal periodickou oscilaci v částicích temné hmoty. Tato oscilace by měla vzniknout, když se Země pohybuje na své oběžné dráze kolem Slunce při průletu galaktickým proudem temné hmoty obklopujícím naši sluneční soustavu, někdy nazývanou vítr temné hmoty. Od roku 1997 DAMA/LIBRA tvrdila, že vidí přesně tento signál , ačkoli žádný jiný experiment nic takového nezaznamenal.

9| Mohla by mít temná hmota elektrický náboj?

Signál z počátku času vedl některé fyziky k domněnce, že temná hmota by mohla mít elektrický náboj. Záření o vlnové délce 21 centimetrů emitovaly hvězdy v počátcích vesmíru, pouhých 180 milionů let po velkém třesku. Poté byl absorbován studeným vodíkem, který byl kolem ve stejnou dobu. Když bylo toto záření detekováno v únoru tohoto roku, jeho podpis naznačoval, že vodík je mnohem chladnější, než vědci předpovídali. Astrofyzik Julian Muñoz z Harvardské univerzity předpokládal, že temná hmota s elektrickým nábojem mohla odvést teplo z všeprostupujícího vodíku, něco jako kostky ledu plovoucí v limonádě, jak tehdy řekl Live Science . Dohady ale ještě nebyly potvrzeny.

10| Mohou se běžné částice rozpadnout na temnou hmotu?

Neutrony jsou částice pravidelné hmoty s omezenou životností. Po asi 14,5 minutách se osamocený neutron odpojený od atomu rozpadne na proton, elektron a neutrino. Podle experimentů citovaných v červencové studii v časopise Physical Review Letters však dvě různá experimentální nastavení dávají tomuto rozpadu mírně odlišné doby života, přičemž rozdíl mezi nimi je asi 9 sekund.. Začátkem tohoto roku fyzici navrhli, že pokud se 1 procento času některé neutrony rozpadají na částice temné hmoty, mohlo by to být příčinou této anomálie. Christopher Morris z Los Alamos National Laboratory v Novém Mexiku a jeho tým monitorovali neutrony, aby našli signál, který by mohl být temnou hmotou, ale nebyli schopni nic detekovat. Navrhli, že podle studie mohou být stále možné další scénáře rozpadu.

11| Existuje skutečně temná hmota?

Vzhledem k obtížím, s nimiž se vědci potýkali při odhalování a vysvětlení temné hmoty, by se rozumný tazatel mohl ptát, zda na to všechno nejdou špatně. Po mnoho let hlasitá menšina fyziků prosazovala myšlenku, že naše teorie gravitace jsou možná jednoduše nesprávné a že základní síla funguje ve velkých měřítcích jinak, než očekáváme. Tyto návrhy, často známé jako „modifikovaná Newtonova dynamika“ nebo modely MOND, předpokládají, že neexistuje žádná temná hmota a ultrarychlé rychlosti, kterými se hvězdy a galaxie rotují kolem sebe, jsou důsledkem překvapivého chování gravitace. „Temná hmota je stále nepotvrzený model,“ napsal fyzik Don Lincoln ve vysvětlujícím článku pro Live Science.. Odpůrci však ještě musí přesvědčit širší pole o svých myšlenkách. A nejnovější důkazy? To také naznačuje, že temná hmota je skutečná.

Zdroj: livescience.com