Objev temné hmoty potvrzen?

Jeden z projevů temné hmoty – velkoškálové struktury ve Vesmíru. Obrázek pochází ze simulace Millenium Simulation, Max Planck Institute

Několik experimentů již delší čas hlásí detekce částic, které by mohly být potvrzením částicové povahy temné hmoty.

Temná hmota – vedle vzniku Vesmíru, původu skryté energie, skrytých dimenzí a konfliktu kvantové mechaniky s obecnou relativitou – je jednou z nevyřešených kapitol současné fyziky a astronomie. Přitom nejde o nic nového – o diskrepanci mezi pozorovanou orbitální rychlostí galaxií obíhajících kolem centra kup galaxií oproti předpokladům referoval poprvé ve 30. letech Fritz Zwicky.

Bc. M. Vraštil při přednášce

Ten při studiu galaxií v kupě galaxií ve Vlasech Bereniky zjistil, že se pohybují rychleji, než by měly – a podobně tomu tak je i v případě hvězd naší Galaxie i hvězd v jiných galaxiích. Hvězdy se kolem středu Galaxie nepohybují „keplerovsky“, tedy s rostoucí vzdáleností by měla jejich oběžná rychlost klesat, ale tak, jako by Galaxie byla „z jednoho kusu“. Rychlost hvězd nezávisí na vzdálenosti hvězd od centra Galaxie.
To znamená, že v Galaxii musí být přítomen prvek, který hvězdy „urychluje“. A tento prvek se musí nacházet mimo střed Galaxie, dokonce jeho většinový podíl musí být mimo hranici Galaxie – resp. ploché složky –, v tzv. haló. Podobně tomu tak je u hvězd jiných galaxií a zároveň galaxií v galaktických kupách. Začalo se soudit, že temné hmoty je vícero druhů, jedna se vyskytuje v galaxiích, jiná v prostoru mez nimi. Počítačové simulace poměrně přesvědčivě dokázaly, že bez temné hmoty, která působila a působí jako jakýsi tmel, by se ve Vesmíru nerozvinuly dnešní známé struktury, např. galaktické stěny. Na ně by zkrátka „obyčejná“ gravitace nestačila. Posléze se dospělo k přesvědčení, že této chybějící hmoty je poměrně značné množství – až v 90 %. To byl odhad z 90. let, kdy se o temné hmotě začalo uvažovat poněkud reálněji a téma přestávalo být tabu. (Než v letech 1998 a 1999 dva týmy pozorující vzdálené supernovy předložili své výsledky, z nichž vyplynulo, že do energetického mixu je ještě třeba připočíst tzv. skrytou energii. To byl objev ještě bombastičtější než v případě temné hmoty.)
Otázkou, kterou dodnes nikdo není s to pořádně zodpovědět, je původ této skryté substance Vesmíru. Je jisté, že temnou hmotu není vidět – takže to znamená, že neinteraguje elektromagneticky. Uvažuje se o slabém jaderném působení, což značně komplikuje možnost detekce temné hmoty. Spekuluje se o možnosti, že temnou hmotu tvoří exostické, dosud nezaznamenané částice, černé díry, červení trpaslíci, neutrina atd. (Přičemž z tohoto výčtu pouze exotické částice přicházejí v úvahu.) Oblíbenou možností je revize Einstenovy obecné teorie relativity, tzv. MOND, kterou si oblíbil mj. i student MFF UK, Bc. Michal Vraštil. Ten o možných verzích původu temné hmoty přednášel na schůzce Kosmologické sekce České astronomické společnosti 10. 6. 2013 a o 9 dní později práci úspěšně obhájil.Věc však dostala nový rozměr. Několik experimentů totiž již delší čas hlásí detekce částic, které by mohly být potvrzením částicové povahy temné hmoty. Např. experiment DAMA/Libra, který se realizuje od r. 1996 pod horou Gran Sasso v Itálii, hlásí detekci částic (resp. jejich projevy – záblesky zachycené fotonásobičem pocházejícími interakcí atomových jader scintilačního detektoru s domnělými částicemi temnné hmoty), a to již od počátku. Intenzita signálu má sezónní průběh, což může být dáno oběhem Země kolem Slunce. A další dva experimenty – americký CoGeNT a italský CRESST (umístěný rovněž pod Gran Sasso) – hlásí rovněž záchyty domnělých částic. Jsou jich řádově stovky, mají sezónní průběhy a mají určitou shodu dovolující určit horní hranici kandidátů temné hmoty – WIMPů – na 10 GeV. Do věci se vložila rentgenová observatoř Fermi, která měla odhalit rentgenový signál způsobený anihilací při náhodných srážkách, to se ale nepodařilo. Na vině však může být dosud nejasné poznání modelů interkace WIMPů s částicemi běžné hmoty. Příběh tak pokračuje a můžeme se těšit na nové objevy.

Zdroje:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Temn%C3%A1_hmota
http://aldebaran.cz/bulletin/2011_49_dma.php
is.cuni.cz/studium/dipl_st/index.php?doo=detail&did=129364
http://cs.wikipedia.org/wiki/WIMP
http://en.wikipedia.org/wiki/Modified_Newtonian_dynamics
http://www.mpa-garching.mpg.de/galform/press/