Hledají temnou hmotu na Zemi, v podzemí i ve vesmíru. Jeho tajemné částice jsou pro vědecké přístroje neviditelné a nikde se neprojevují. Ve prospěch jejich existence však byla shromážděna pevná „základna důkazů“. Mají vědci šanci někdy objevit temnou hmotu.
Klíčová součást vesmíru
Částice temné hmoty se zrodily krátce po Velkém třesku, kdy byl vesmír rozžhavenou plazmou. Když se ochladili, vytvořili shluky, které nakonec poskytly vznik hvězd a galaxií. Pokud by plazma obsahovala pouze obyčejné částice, které tvoří atomy, pak by je záření od sebe navzájem odpuzovalo a nedovolilo jim vytvářet žádné struktury. Gravitačně vázané objekty se objevily dostatečně rychle, což znamená, že jim něco pomáhalo. Nějaká masivní látka je zadržovala. Nyní nijak neinteraguje s běžnou hmotou, nevyzařuje, proto ji nepozorujeme žádnými metodami.
Takto vědci rekonstruují vývoj vesmíru, který by byl neúplný bez účasti temné hmoty. K tomuto závěru dospěl ve 30. letech švýcarský astronom Fritz Zwicky. Studoval shluky galaxií a uvažoval, proč se nerozptylují. Koneckonců, hmotnost viditelných galaxií nestačí na to, aby držela kupu. Proto musí existovat skrytá masa. Později tato hypotéza našla četná potvrzení anomálií v rychlostech otáčení galaxií: části disků daleko od středu by se sotva zpomalily, jako by tomu bylo, kdyby se skládaly pouze z hvězd.
Gravitační čočka umožňuje nepřímo zachytit přítomnost skryté hmoty. Tento efekt vytvářejí dvě hmotné galaxie umístěné jedna za druhou. Světlo ze vzdálené galaxie je ohýbáno gravitačním polem blízké galaxie a stejně jako v čočce se objevuje její obraz. To poskytuje určitý pohled na temnou hmotu v galaxiích, které kolem nich vytvářejí obrovskou neviditelnou halo. Vědci pomocí různých modelů vypočítali distribuci hustoty temné hmoty v halo a na tomto základě provedli odhad struktury.
Vlevo - halo temné hmoty v galaxii NGC 4555.
Propagační video:
Složení temné hmoty
Fyzici se přiklánějí k názoru, že temná hmota se skládá z nám neznámých částic.
"Astrofyzikální metody pozorování neříkají nic o jejich vlastnostech." Je možné, že nijak neinteragují, kromě gravitační metody. Možná ani přímé experimenty na Zemi, ani pozorování ve vesmíru k ničemu nevedou. To je vždy třeba mít na paměti, “říká Dmitrij Gorbunov, korespondující člen Ruské akademie věd, hlavní vědecký pracovník Ústavu pro jaderný výzkum Ruské akademie věd RIA Novosti.
Mezi kandidáty na roli tmavých částic patří ultralehké osy, slabě interagující částice (WIMP) a sterilní neutrino, které pomáhá vysvětlit množství a oscilaci slunečních neutrin.
"Nejlehčí sterilní neutrino může být částice temné hmoty." Není stabilní, ale žije velmi dlouho. V Galaxii by se tyto částice měly rozpadat na neutrina a foton. Točí se pomalu (10-3krát rychleji než světlo), takže ve spektru fotonů se očekává vrchol v rentgenovém rozsahu, “říká vědec.
Podle něj by měl být na oběžnou dráhu vyslán dobrý spektrometr, aby se pokusil takové události registrovat.
Před dvěma lety Gorbunov a kolegové vymodelovali jednu hypotézu o nestabilní složce temné hmoty, aby vysvětlili rozpor ve výsledcích experimentu Planck Space Telescope, který měřil CMB. Možná to byla chyba, nebo možná náznak nějaké vlastnosti temné hmoty. Vědci navrhli, že temná látka má heterogenní složení a část z ní nepřežila dodnes.
Při hledání temných částic
Jak zachytit částice temné hmoty je jednou z klíčových otázek fyziky. Mnoho teoretiků a experimentátorů se na to snaží odpovědět. Způsob pozorování závisí na modelu, ve kterém jsou položeny všechny vlastnosti hypotetické částice. Pokud předpokládáme, že temná hmota byla v plazmě raného vesmíru v rovnováze - a byly tam také obyčejné částice - znamená to, že s nimi nějak interaguje. Ze všech známých typů interakcí, s výjimkou gravitační, je nejvhodnější slabá interakce, ke které dochází při beta rozpadu atomového jádra.
"Za tohoto předpokladu po ochlazení primární plazmy zůstává potřebné množství temné hmoty," vysvětluje Dmitrij Gorbunov.
Na základě toho mohou být tmavé částice zničeny tvorbou elektronu a pozitronu. Hledají stopy těchto zničení, ale to je každopádně nepřímý důkaz. Výsledky jsou navíc poněkud nejasné, částice jsou vychýleny, létají kolem galaxie, ničí, ztrácejí energii a to, co se dostává na Zemi, je obtížné odlišit na pozadí kosmických paprsků.
Pokouší se pozorovat tmavé částice přímo v podzemních detektorech, které registrují neutrina. Pod zemí klesá pozadí z atmosférických částic, látka detektoru se ochladí a musíte počkat, až do ní zasáhne částice temné hmoty. Tyto události jsou samy o sobě vzácné, protože částice, pokud interaguje, je slabá. Náraz způsobí excitaci atomu a výbuch energie, který je zaznamenán detektorem.
Současně je nemožné nekonečně zvýšit objem detekční látky, aby se zvýšila pravděpodobnost průchodu tmavých částic bez ztráty citlivosti. Neutrina navíc interferují se signálem. Chcete-li to přerušit, možná budete muset postavit zcela nový detektor, abyste se dostali pod tento signál.
"Je nutné použít detekci směru nárazu částice." To významně potlačí pozadí, protože neutrina létají ve směru od Slunce a temná hmota zasáhne jinými směry, “upřesňuje vědec.
Třetím směrem je tvorba částice temné hmoty v důsledku srážky běžných částic v LHC a jiných urychlovačích. Pozorovateli to bude vypadat například jako foton, který odletí stranou. Podle zákona zachování hybnosti by měla částice vyletět i opačným směrem, ale žádný neexistuje. Takže je neviditelná.
Zatím nebyl žádný ze způsobů, jak zachytit částice temné hmoty, úspěšný. Není ani jasné, který z nich je nejslibnější.
Složení vesmíru / Ilustrace RIA Novosti.
Tatiana Pichugina