Drtivá většina hmoty v našem vesmíru je neviditelná. A fyzici se už nějakou dobu snaží pochopit, co je tato nepolapitelná masa. Pokud je tvořen částicemi, je naděje, že Velký Hadron Collider dokáže vytvořit částici temné hmoty, nebo kosmický dalekohled uvidí výmluvný podpis gama paprsku kolize temné hmoty. Zatím není nic. A tento problém nutí teoretické fyziky přemýšlet o nových myšlenkách.
V roce 2017 se proslulá teoretická fyzikka Lisa Randall nahlédla do jedné z nejneuvěřitelnějších možností temné hmoty. Hypotetický, samozřejmě. Spíše než zacházet s temnou hmotou jako s konkrétním typem částice, předpokládala, že temnou hmotu lze tvořit celou rodinou částic, které tvoří temné hvězdy, temné galaxie, temné planety a možná temný život. Chemie temného vesmíru může být stejně bohatá a rozmanitá jako naše vlastní „běžná chemie“.
Ale to není tak jednoduché.
Problém temné hmoty
Náš vesmír je úžasné, i když nepochopitelné místo.
V posledních několika desetiletích jsme si uvědomili, že 84,5% hmoty ve vesmíru není vidět. Vzhledem ke své poněkud nepříjemné přezdívce „temná hmota“je tato látka ve stavu, ve kterém neinteraguje s „normální“hmotou. Stejně jako temná energie jsou tyto věci „temné“, protože jim nerozumíme.
Pokud je teď na mém stole kus temné hmoty, nikdy o tom nebudu vědět. Na můj stůl obecně nemůže ležet kousek temné hmoty. Spadne skrz stůl a podlaha a zemská kůra se vrhají do gravitační studny v jádru naší planety. Nebo to nepochopitelně zmizí do vesmíru. Temná hmota interaguje tak slabě s čímkoli, že tento kus jednoduše propadne obyčejnou hmotou, jako by neexistovala.
Propagační video:
V malém měřítku je gravitační projev temné hmoty zanedbatelný, ale v kosmologických vzdálenostech je přítomnost temné hmoty rozhodně pociťována - lze ji nepřímo pozorovat jejím gravitačním účinkem na shluky galaxií a jejím účinkem na rotaci galaxií. Víme, že existuje, prostě to nevidíme.
A nevíme, co to je. Můžeme jen hádat.
Obyčejná hmota - aka baryonická hmota - interaguje prostřednictvím elektromagnetických, gravitačních, silných a slabých sil. Tyto síly přenášejí energii a dávají strukturu veškeré hmotě. Na temnou hmotu se naopak nahlíží jako na amorfní oblak „hmoty“, který nemůže interagovat prostřednictvím elektromagnetických, slabých nebo silných sil. Proto se předpokládá, že temná hmota je „nebaryonická“. Non-baryonická hmota může odhalit její přítomnost pouze gravitačně.
Vedoucím kandidátem při hledání temné hmoty je WIMP, slabě interagující masivní částice. Jak napovídá název WIMP, tato hypotetická částice neinteraguje s normální hmotou - není tedy baryonická.
Zavedené kosmologické modely předpovídají, že temná hmota - například ve formě WIMP nebo „axionů“- dotuje náš vesmír strukturou a obvykle se zjednodušeně nazývá „lepidlo“, které drží náš vesmír jako celek.
Při pozorování rotace galaxií si astronom Vera Rubin všiml, že většinu hmoty v galaxiích nelze pozorovat. Viditelné jsou jen malé procento - hvězdy, plyn a prach; zbytek se skrývá v obrovském, ale neviditelném halou temné hmoty. Je to, jako by naše viditelná galaxie obyčejné hmoty byla jen kapucí na obrovském kole temné hmoty, která přesahuje to, co vidíme.
V nedávno publikovaném příspěvku (2013) představila Randall a její kolegové složitější formu temné hmoty. Podle nich není halo temné hmoty naší galaxie tvořeno pouze jedním druhem amorfní hmoty nebaryonické hmoty.
"Zdá se velmi zvláštní předpokládat, že veškerá temná hmota je složena pouze z jednoho typu částice," píše Randall. "Nezaujatý vědec by neměl dovolit, aby temná hmota byla tak různorodá jako naše normální hmota."
Bohatý „stínový vesmír“?
Stejně jako je náš viditelný vesmír řízen standardním modelem fyziky - osvědčenou rodinou částic (včetně neslavného Higgsova bosonu) a sil, mohl by v temném galaktickém halou fungovat bohatý a rozmanitý model částic temné hmoty a sil?
Tento výzkum vychází z logiky předpokladu, že v temném sektoru vesmíru se předpokládá bohatá škála neznámé fyziky - nazvěme to „stínový vesmír“- který běží paralelně s naším vlastním a má všechny složitosti, které náš viditelný vesmír nabízí.
Astrofyzici dříve navrhovali, že „temné hvězdy“- hvězdy z temné hmoty - mohou v našem starověkém vesmíru existovat dodnes. Pokud ano, Randall tvrdí, že by se mohly tvořit „temné planety“. A pokud existuje rodina částic temné hmoty ovládaná silami rozmístěnými v temném sektoru, mohlo by to vést ke složité chemii? A do života?
Pokud však „temný“nebo „stínový“život existuje paralelně s naším vesmírem, můžete zapomenout, že jej můžeme detekovat.
Stínový život zůstane ve stínu
Zdá se, že je lákavé použít tuto hypotézu k vysvětlení všech každodenních záhad, nebo dokonce paranormálních tvrzení, že věda nemůže zpochybňovat ani podporovat. Co když „duchové“nebo nevysvětlitelná „světla na obloze“jsou starožitnosti temných tvorů žijících v zádech všeho?
Zatímco tato logika by byla v pořádku pro televizní show nebo film, tato temná stvoření by žila v temném vesmíru, který je zcela neslučitelný s běžnou hmotou. Jejich částice a síly by v našem vesmíru neměly žádný účinek. Tyto řádky byste si mohli přečíst na stromě v temném lese a nikdy byste o tom nevěděli.
Protože ale spolu s tímto stínovým vesmírem žijeme ve stejném časoprostoru - žádné další dimenze ani multiverse, lze vysílat pouze jeden signál.
Gravitační vlny byly objeveny teprve v roce 2016 a první detekce těchto vln v časoprostoru byla způsobena kolizí černých děr. Zdá se docela možné, že gravitační vlny mohou být detekovány v temném sektoru, ale na našem konci drátu lze detekovat pouze nejsilnější kosmické události v temném sektoru.
Celkově vzato, téměř nikdy nikdy neprokážeme existenci roztomilých tvorů temné hmoty, ale Randall má pravdu. Když uvažujeme o zdroji temné hmoty, musíme se podívat mimo naše předsudky; temný sektor může být složitá rodina částic a sil temné hmoty, které jsou nad rámec toho, co si dokážeme představit.
Ilya Khel