Termíny temná energie a temná hmota nejsou zcela úspěšné a představují doslovný, ale nikoli sémantický překlad z angličtiny. Ve fyzickém slova smyslu tyto pojmy znamenají pouze to, že tyto látky neinteragují s fotony, a stejně tak je lze nazvat neviditelnou nebo průhlednou hmotou a energií.
Temná hmota v astronomii a kosmologii, stejně jako v teoretické fyzice, je hypotetická forma hmoty, která nevyzařuje elektromagnetické záření ani s ním interaguje. Tato vlastnost této formy hmoty znemožňuje její přímé pozorování.
Závěr o existenci temné hmoty je učiněn na základě četných, vzájemně shodných, ale nepřímých známek chování astrofyzikálních objektů a gravitačních účinků, které vytvářejí. Objev povahy tmavé hmoty pomůže vyřešit problém skryté hmoty, která spočívá zejména v neobvykle vysoké rychlosti rotace vnějších oblastí galaxií.
Pojďme se o tom všem dozvědět více …
Temná hmota a temná energie nejsou pro oko viditelné, ale jejich přítomnost byla prokázána pozorováním vesmíru. Před miliardami let se náš vesmír zrodil po katastrofálním Velkém třesku. Jak se počáteční vesmír pomalu ochladil, začal se v něm vyvíjet život. Výsledkem bylo vytvoření hvězd, galaxií a dalších viditelných částí. Velikost našeho vesmíru je prostě ohromující. Například jedno Slunce stačí k tomu, aby osvětlilo a ohřalo milion planet, jako je Země. V tomto případě je Slunce hvězdou střední velikosti a samotná naše galaxie se skládá ze 100 miliard hvězd. Toto číslo převyšuje počet zrn písku na malé pláži. To však není všechno.
Jak víte, vesmír se skládá z několika miliard galaxií, kde existuje celá řada látek. Je možné, že některá z těchto věcí byla pro oko neviditelná. Pravděpodobně, protože výsledky nedávných studií ukázaly, že můžeme vidět pouze desetinu vesmíru. To znamená, že více než 90% hmoty prostě nemůže být vyšetřeno osobou ani s použitím speciálního vybavení. Astronomové nazývají tuto záležitost temnou.
Je známo, že temná hmota interaguje s „světelným“(baryonským), přinejmenším gravitačním způsobem, a je prostředím s průměrnou kosmologickou hustotou několikrát vyšší, než je hustota baryonů. Ty jsou zachyceny v gravitačních jamách koncentrací temné hmoty. Proto, ačkoli částice temné hmoty interagují se světlem, světlo je emitováno z místa, kde je temná hmota. Tato pozoruhodná vlastnost gravitační nestability umožnila studovat množství, stav a distribuci temné hmoty z pozorovacích dat z rádiového dosahu do rentgenového záření.
Propagační video:
Studie pohybu více než 400 hvězd umístěných ve vzdálenosti až 13 000 světelných let od Slunce, která byla publikována v roce 2012, nenalezla žádný důkaz přítomnosti temné hmoty ve velkém prostoru kolem Slunce. Podle předpovědí teorií mělo být průměrné množství temné hmoty v blízkosti Slunce asi 0,5 kg v objemu Země. Měření však poskytla hodnotu 0,00 ± 0,06 kg tmavé hmoty v tomto objemu. To znamená, že pokusy o registraci temné hmoty na Zemi, například se vzácnými interakcemi částic temné hmoty s „obyčejnou“hmotou, mohou být stěží úspěšné.
Podle pozorování Planck Space Observatory zveřejněných v březnu 2013, interpretovaných s přihlédnutím ke standardnímu kosmologickému modelu Lambda-CDM, se celková hmotnost energie pozorovaného vesmíru skládá ze 4,9% obyčejné (baryonické) hmoty, 26,8% tmy hmota a 68,3% z temné energie. Vesmír je tedy 95,1% složen z temné hmoty a temné energie.
Důkazem existence temné hmoty je její těžkost - gravitační síla, která stejně jako lepidlo udržuje celistvost vesmíru. Všechny části vesmíru jsou vzájemně přitahovány. Díky tomu vědci dokázali vypočítat celkovou hmotnost viditelného vesmíru i ukazatele gravitačních sil. Během výpočtů byla odhalena významná nerovnováha v těchto parametrech, což dalo důvod se domnívat, že existuje určitá neviditelná hmota, která má určitou hmotnost a je také předmětem gravitace.
Studium temné hmoty Navíc, důkazem existence temné hmoty byl její gravitační vliv na jiné objekty, včetně trajektorie pohybu hvězd a galaxií. Bylo zjištěno, že mnoho galaxií rotuje rychleji, než se očekávalo. Podle teorie gravitace A. Einsteina by měly létat různými směry. Zdá se však, že je drží něco pohromadě.
Temná hmota může také ovlivnit cestu šíření světla. Byl zkoumán fenomén gravitačních čoček, který spočívá ve skutečnosti, že husté objekty jsou schopny odrážet světlo vzdálených objektů a mění trajektorii světelných toků. To vede ke zkreslení obrazu a vzhledu zázraků hvězd a galaxií. Vědci zaznamenávají tyto ohyby světla, ale nemohou pojmenovat povahu tohoto jevu.
Temná hmota v našem vesmíru může existovat ve formě masivních astronomických halo objektů (MAGO). Patří k nim planety, měsíce, hnědé a bílé trpaslíky, oblaky prachu, neutronové hvězdy a černé díry. Zpravidla jsou příliš malé na to, aby jejich světlo bylo detekováno lidmi, jejich existenci však lze spočítat pomocí gravitačního účinku na světelné toky. V posledních letech astronomové objevili několik typů objektů MAGO. Mohou sestávat z obyčejných baryonických částic a axinů, neutrinů, wimpilů a supersymetrické temné hmoty.
Výzkum temné hmoty a temné energie
S rostoucím zájmem o temnou hmotu se objevují nové nástroje, které pomáhají získat širší vhled do tohoto tajemného jevu. Hubbleův vesmírný dalekohled například poskytl velmi cenné informace o velikosti a hmotnosti viditelného vesmíru. Tato data byla prvním a velmi důležitým krokem ke studiu skutečného množství temné hmoty ve vesmíru.
Je důležité pochopit, že struktura vesmíru není náhodná, a pomocí Hubbleova modelu můžete podrobně představit jeho strukturu. Je jisté, že galaxie jsou umístěny v klastrech a tyto klastry jsou v super klastrech. Superklastry vesmírných těl jsou umístěny v houbovité struktuře s rozsáhlými dutinami. Vznik takové struktury je zjevně způsoben velmi specifickými důvody. Rentgenové dalekohledy v observatoře Chandra pomáhají studovat obrovské mraky horkého plynu v těchto shlucích. Vědci zjistili, že v těchto oblastech musí být přítomna také temná hmota, jinak plyn z klastru unikne. Kromě toho se v současné době vyvíjejí nové nástroje, které nakonec pomohou rozeznat tuto temnou stránku vesmíru.
Přístupy a metody studia částic temné hmoty
V současné době se vědci z celého světa snaží všemi možnými způsoby objevovat nebo uměle získávat částice temné hmoty v suchozemských podmínkách pomocí speciálně navrženého supertechnologického zařízení a mnoha různých vědeckých výzkumných metod, ale dosud nebyla všechna díla korunována úspěchem.
Z čeho je vesmír vyroben
Jedna z metod zahrnuje provádění experimentů na vysokoenergetických akcelerátorech, obecně známých jako srážky. Vědci, věřící v to, že částice temné hmoty jsou 100 až 1000krát těžší než proton, předpokládají, že budou muset být generovány, když dojde ke srážce obyčejných částic, urychleny na vysokou energii pomocí srážky. Podstatou jiné metody je registrace částic temné hmoty, které jsou všude kolem nás. Hlavním problémem při registraci těchto částic je to, že vykazují velmi slabé interakce s běžnými částicemi, které jsou pro ně přirozeně průhledné. A přesto částice temné hmoty velmi zřídka, ale srazí se s atomovými jádry a existuje určitá naděje, dříve či později, tento jev zaznamenat.
Existují i jiné přístupy a metody pro studium částic temné hmoty a které z nich povedou nejprve k úspěchu, pouze čas ukáže, ale v každém případě bude objev těchto nových částic velkým vědeckým úspěchem.
Antigravitační látka
Temná energie je ještě neobvyklejší látkou než stejná temná hmota. Nemá schopnost shromažďovat se do shluků, v důsledku čehož je rovnoměrně distribuován v celém vesmíru. Ale jeho nejneobvyklejší vlastnost v tuto chvíli je antigravitační.
Díky moderním astronomickým metodám je možné určit rychlost expanze vesmíru v současnosti a modelovat proces jeho změny dříve v čase. Výsledkem bylo získání informací, že v současnosti, stejně jako v nedávné minulosti, se náš vesmír rozšiřuje, zatímco rychlost tohoto procesu neustále roste. Proto se objevila hypotéza o antigravitaci temné energie, protože obvyklá gravitační přitažlivost by měla zpomalující účinek na proces „recese galaxií“, což by omezilo rychlost expanze vesmíru. Tento jev není v rozporu s obecnou teorií relativity, ale zároveň musí mít temná energie negativní tlak - vlastnost, kterou žádná ze známých látek nemá.
Kandidáti na roli „Dark Energy“
Hmotnost galaxií v klastru Abel 2744 je méně než 5 procent z jeho celkové hmotnosti. Tento plyn je tak horký, že svítí pouze v oblasti rentgenového záření (na tomto obrázku červeně). Distribuce neviditelné tmavé hmoty (tvořící asi 75 procent hmotnosti této skupiny) je zbarvena modře.
Jedním z předpokládaných kandidátů na roli temné energie je vakuum, jehož hustota energie zůstává během expanze vesmíru nezměněna, a tím potvrzuje podtlak vakua. Dalším domnělým kandidátem je „kvintesence“- dříve neprozkoumané superweakové pole, které prý prochází celým vesmírem. Jsou také další možní kandidáti, ale žádný z nich v současné době nepřispěl k získání přesné odpovědi na otázku: Co je temná energie? Je však již jasné, že temná energie je něco zcela nadpřirozeného a zůstává hlavním tajemstvím základní fyziky 21. století.