Se všemi našimi znalostmi fyzikálních zákonů a úspěchem standardního modelu a obecné relativity existuje ve vesmíru řada pozorovatelných jevů, které nelze vysvětlit. Vesmír je plný tajemství, od formování hvězd až po vysokoenergetické kosmické paprsky. I když postupně objevujeme prostor pro sebe, stále ještě nevíme všechno. Například víme, že temná hmota existuje, ale nevíme, jaké jsou její vlastnosti. Znamená to, že bychom měli připsat všechny neznámé účinky projevům temné hmoty?
O temné hmotě je tolik záhad, kolik je důkazů o její existenci. Obviňovat temnou hmotu ze všech tajemných projevů vesmíru je nejen krátkozraké, ale také špatné. To se stane, když vědcům dojdou dobré nápady.
Dvě jasné velké galaxie ve středu kupy komy, každá o velikosti více než milion světelných let. Galaxie na okraji naznačují existenci velké halo temné hmoty v celé kupě.
Temná hmota je všude ve vesmíru. Poprvé byl konzultován ve 30. letech 20. století, aby vysvětlil rychlý pohyb jednotlivých galaxií v kupách galaxií. Stalo se to proto, že veškerá běžná hmota - hmota složená z protonů, neutronů a elektronů - nestačí k vysvětlení celkového množství gravitace. To zahrnuje hvězdy, planety, plyn, prach, mezihvězdnou a mezigalaktickou plazmu, černé díry a vše ostatní, co můžeme měřit. Důkazy podporující temnou hmotu jsou četné a přesvědčivé, jak poznamenal fyzik Ethan Siegel.
Je třeba vysvětlit temnou hmotu:
- rotační vlastnosti jednotlivých galaxií, - vznik galaxií různých velikostí, od obřích eliptických po - galaxie o velikosti Mléčné dráhy a malých trpasličích galaxií poblíž nás, Propagační video:
- interakce mezi dvojicemi galaxií, - vlastnosti shluků galaxií a shluků galaxií ve velkém měřítku, - vesmírná síť, včetně její vláknité struktury, - spektrum fluktuací kosmického mikrovlnného pozadí, - pozorované účinky gravitačních čoček vzdálených hmot, - pozorovaná separace účinků gravitace od přítomnosti obyčejné hmoty při srážkách galaktických kup.
Jak v malém měřítku jednotlivých galaxií, tak v měřítku celého vesmíru je potřeba temná hmota.
Když vezmeme toto vše do kontextu zbytku kosmologie, věříme, že každá galaxie, včetně naší, obsahuje masivní, rozptýlené temné hmotné halo, které ji obklopuje. Na rozdíl od hvězd, plynu a prachu v naší galaxii, které jsou většinou na disku, by halo temné hmoty mělo být sférické, protože na rozdíl od běžné hmoty založené na atomech se temná hmota „nestlačí“, když ji zmáčknete … Tmavá hmota by měla být také hustší ve středu galaxie a měla by se rozprostírat desetkrát dále než samotné hvězdy galaxie. Nakonec by v každé svatozáře měly být malé hrudky temné hmoty.
K reprodukci celé sady pozorování uvedených výše, stejně jako dalších, by temná hmota neměla mít žádné jiné vlastnosti než následující: měla by mít hmotu; musí působit gravitačně; musí se pohybovat pomalu vzhledem k rychlosti světla; neměla by silně interagovat jinými silami. Všechno. Jakékoli další interakce jsou velmi omezené, ale nejsou vyloučeny.
Proč tedy, kdykoli se provádí astrofyzikální pozorování s přebytkem obyčejné částice určitého typu - fotony, pozitrony, antiprotony - lidé nejprve mluví o temné hmotě?
Začátkem tohoto týdne tým vědců studujících zdroje gama záření kolem pulzarů zveřejnil svá zjištění ve Vědě. Ve své práci se snažili lépe pochopit, odkud pochází nadbytek pozitronů, který jsme pozorovali. Pozitrony, antipody elektronů, se obvykle rodí několika způsoby: když se běžné částice zrychlí na dostatečně vysoké energie, když se srazí s jinými částicemi hmoty, a s produkcí párů elektronů a pozitronů podle Einsteinova vzorce E = mc2. Tyto páry vytváříme v průběhu fyzikálních experimentů a můžeme astrofyzicky pozorovat tvorbu pozitronu, a to jak přímo, při hledání kosmických paprsků, tak nepřímo, při hledání energetického podpisu zničení elektron-pozitron.
Tyto astrofyzikální pozitronové signatury se vyskytují v blízkosti galaktického středu a zaměřují se na bodové zdroje, jako jsou mikrokvazary a pulsary, umístěné v tajemné oblasti naší galaxie známé jako Velký anihilátor, a na části rozptýleného pozadí, jehož původ není znám. Jedna věc je jistá: vidíme více pozitronů, než očekáváme. A to je známo již dlouho. PAMELA to změřila, Fermi to změřila, AMS na palubě ISS to změřila. Nedávno observatoř HAWC měřila extrémně vysokoenergetické gama paprsky na úrovni TeV a ukázala, že se jedná o vysoce zrychlené částice pocházející z pulzarů střední úrovně. To však bohužel nestačí k vysvětlení pozorovaného nadbytku pozitronů.
Z nějakého důvodu, s každým měřením přebytku pozitronů, s každým pozorováním astrofyzikálního zdroje, který to nevysvětluje, narativ plyne do „nemůžeme to vysvětlit, takže za to může temná hmota“. A to je špatné, protože existuje mnoho možných astrofyzikálních zdrojů, které nevyžadují nic exotického, například:
- sekundární produkce pozitronů a gama paprsků jinými částicemi, - mikrokvazary nebo něco jiného, co krmí černé díry, - velmi mladé nebo velmi staré pulzary, magnetary, - zbytky supernovy.
Tento seznam není definitivní, ale poskytuje několik příkladů toho, co by mohlo tento přebytek vytvořit.
Mnoho lidí pracujících v tomto oboru se rozhoduje pro temnou hmotu, protože by to byl průlom, kdyby temná hmota ničila a produkovala gama paprsky a částice běžné hmoty. To by byl senový scénář pro lovce astrofyziky temné hmoty. Zbožné přání však nikdy nevedlo k velkým objevům. A zatímco temná hmota je nejčastěji prezentována jako vysvětlení přebytku pozitronu, není pravděpodobnější než mimozemšťané vysvětlující hvězdu Tabby.
Poté, co požádal Brendu Dingus, hlavní vyšetřovatel HAWC, o vysvětlení, obdržel Ethan Siegel následující komentář:
"Nepochybně existují další zdroje pozitronů." Pozitrony se však od svých zdrojů neodcházejí daleko a poblíž není mnoho zdrojů. Dva nejlepší kandidáti objevili HAWC a nyní známe počet pozitronů, které produkují. Víme také, jak tyto pozitrony difundují ze svých zdrojů; pomalejší, než se očekávalo. I když jsme potvrdili zdroje pozitronů v okolí, zjistili jsme, že pozitrony se velmi pomalu vzdalují od místa původu, a proto nevytvářejí na Zemi přebytek pozitronů. Vyloučením jedné možnosti zvyšujeme pravděpodobnost dalších možností. To však neznamená, že pozitrony MUSÍ pocházet z temné hmoty. Nemyslíme to vážně. “
Pozoruhodné je, že pozitrony v datech HAWC tvoří pouze 1% pozitronů pozorovaných v jiných experimentech, což ukazuje na něco jiného jako na hrdinu dne. Pokud je provedeno pozorování, které je v rozporu s našimi tradičními myšlenkami, jako je to s přebytkem astrofyzikálních pozitronů, nemělo by být vyloučeno, že se může jednat o temnou hmotu. Je však mnohem pravděpodobnější, že tyto účinky vysvětlují jiné astrofyzikální procesy. Když se ve vědě objeví záhada, každý chce revoluci, ale častěji dostane něco obyčejného.
Ilya Khel