Simulácia temnej hmoty

Tenké vlákna a prázdné miesta koncetrácie temnej hmoty (physics.aps.org)

Fyzici Hamaus, Sutter a Wandelt z Los Alamos National Laboratory vytvorili realistickú simuláciu dynamiky temnej hmoty vo vesmíre. Zodpovedá nameraným hodnotám pozorovanie správania galaxií, ktoré gravitačne interagujú s temnou hmotou.

Čo je zač tá temná hmota?

To dodnes nikto nevie. Máme len kuse nepresné informácie a mnoho fyzikov a astronómov sa snažia odhaliť jej pôvod.

Môžme len zjednodušene povedať, že ide o hypotetickú nesvietivú formu hmoty. Má sa zato, že temná hmota s baryonovou (svietivou) hmotou reaguje len gravitačnou silou. Slovo sila u gravitácii ma len názornú ukážku, pretože s týmto pojmom sa ľahšie pracuje vo fyzike. Gravitácia ale nie je sila, ale deformácia časopriestoru vplyvom hmotného objektu. To znamená, že temná hmota má hmotnosť, keďže reaguje len gravitačnou silou.

Medzi horkých kandidátov temnej hmoty patria takzvaní supersymetrickí patnerí bežnej hmoty, ktorú poznáme. Supersymetria figuruje v teórii všetkého: v M-teórii ako teória superstrún. Tieto hypotetické častice supersymetrie sme už aj pomenovali. Fotíno, neutralíno, ťažké neutralíno, to je len časť častíc supersymetrie a kľudne môžu byť aj kandidáti temnej hmoty.

Ďalším kandidátom sú častice nazvané axiony. Ale axiony interagujú v oblasti elektromagnetickej. Číže nemôže byť vhodným kandidátom na temnú hmotu. Pretože ak častica interaguje elektromagnetickou silou, znamená že musí na ňu pôsobiť kalibračný bozón elektromagnetickej sily (fotón) a zákonite sa stáva baryonovou svietivou hmotou. Jedine, že za axionom stojí neznámy princíp, ktorý schovavá elektromagnetické interakcie axionu a fotónu.

Druhé vysvetlenie je, že interakcia medzi axionmi a fotónmi je tak malá, že sa správa ako slabý svit MACHO objektov. Medzi MACHO objekty patria bieli trpaslíci hnedí trpaslíci, planéty všemožných hmotností, neutrónové hviezdy, klasické čierne či čierne primordialné hypotetické diery. Ich prejavy by mohli byť podobné ako u axionov. Ale je rozumné domnievať sa, že axiony aj MACHO objekty a ich vplyv a prejavy elektromagnetickej sily by boli väčšie, ak by tvorili 23 % celkového energetického obsahu vesmíru. Treba dodať, že objekty MACHO sú viacmenej rozložení rovnomerne. Napríklad ak si vezmeme, že na okraji galaxii je malo „kovov“ na výstavbu hnedých trpaslíkov, planét a taktiež čiernych dier, bielych trpaslíkov a neutrónových hviezd je tam tiež poskrovne kvôli malému počtu hviezd. Ale z pozorovania vyplýva, že veľká časť temnej hmoty sa nachádza v halu galaxie, tam kde je oblasť veľmi chudobná na hviezdy a objekty MACHO. To vylučuje MACHO objekty. Axiony vylučuje elektromagnetická interakcia, pretože pri tak obrovskom množstve temnej hmoty by boli viditeľné elektromagnetické interakcie. Čiže domnievame sa, že kandidátom je iná častica. Ako sme načrtli, supersymetrickí partneri fermionov a bosonov sú vhodní kandidáti.

MACHO objekty (facebook.com)

Cesta ku znázornenie rozloženia temné hmoty

Fyzici Hamaus, Sutter a Wandelt z Los Alamos National Laboratory zistili, že rozloženie hustoty temnej hmoty v bublinách ide vyjadriť na základe objavenej funkcie, ktorá vie s veľkou presnosťou vyjadriť rozmer, tvár a vek bubliny (vek je daný ako vzdialenosť od nás vo svetelných rokov)

Priebeh funkcie je závislý na dvoch nezávislých voľných premenných (parametroch). V strede bublín je koncentrácia temnej hmoty nízka. Koncentruje sa v stenách bublín.

Temná hmota sa chová ako gravitačné formovaný plyn, kde častice sa koncetrujú do akýchsi tenkých plátkov či vlákien, zatiaľ čo v zbytku priestoru je koncentrácia temnej hmoty veľmi mála.

Záver je taký, že temná hmota sa koncetruje práve tam, kde je jej obrovské množstvo. Gravitačne mohutný kus temnej hmoty priťahuje ďalšiu a ďalšiu hmotu (aj baryonovú, nezabúdajte na gravitačnú interakciu) a vytvára práve „tenké“ vlákna. Slovo tenké je zmätočné pre vzdialenosti na Zemi. Tenké vlákna musíme posudzovať v rámci veľkosti mnoho stamilionov svetelných rokov. Fyzici do svojich výpočtov funkcie zahrnuli aj odpudivý vplyv temnej energie. Môžme pomocou tejto funkcie (funkcia je základom simulácie) nepriamo študovať vplyv temnej energie hlavne v prázdnych oblastiach, kde je koncentrácia temnej hmoty nízka (napr. v strede bublín).

Simulácia temnej hmoty Millenium Simulation, Max Planck Institute

Zdroje:
physics.aps.org
rozhlas.cz
en.wikipedia.org