Drvivá väčšina hmoty v našom vesmíre je neviditeľná. A fyzici sa už nejaký čas snažia pochopiť, čo je táto nepolapiteľná masa. Ak je tvorená časticami, dúfame, že veľký hadrónový urýchľovač dokáže vytvoriť časticu temnej hmoty, alebo vesmírny teleskop uvidí výrečný podpis gama lúča kolízie tmavej hmoty. Zatiaľ neexistuje nič. A tento problém spôsobuje, že teoretickí fyzici uvažujú o nových nápadoch.
V roku 2017 sa renomovaná teoretická fyzikka Lisa Randall nahliadla do jednej z najneuveriteľnejších možností temnej hmoty. Hypotetický, samozrejme. Namiesto toho, aby zaobchádzala s temnou hmotou ako s konkrétnym typom častice, predpokladala, že temnú hmotu možno tvoriť celou rodinou častíc, ktoré tvoria temné hviezdy, tmavé galaxie, tmavé planéty a možno aj temný život. Chémia temného vesmíru môže byť taká bohatá a rôznorodá ako naša „bežná chémia“.
Nie je to však také jednoduché.
Problém s temnou hmotou
Náš vesmír je úžasné, aj keď nepochopiteľné miesto.
V posledných niekoľkých desaťročiach sme si uvedomili, že 84,5% hmoty vo vesmíre nie je vidieť. Vzhľadom na svoju dosť nepríjemnú prezývku „temná hmota“je táto látka v stave, v ktorom nereaguje s „normálnou“hmotou. Rovnako ako temná energia, aj tieto veci sú „temné“, pretože im nerozumieme.
Ak je teraz na stole kúsok tmavej hmoty, nikdy o tom nebudem vedieť. Časť tmavej hmoty všeobecne ako taká nemôže ležať na mojom stole. Spadne cez stôl a podlaha a zemská kôra sa ponáhľajú do gravitácie v jadre našej planéty. Alebo nepochopiteľne zmizne do vesmíru. Temná hmota interaguje tak slabo so všetkým, že tento kus jednoducho prepadne cez obyčajnú hmotu, akoby neexistovala.
Propagačné video:
V malom meradle je gravitačný prejav temnej hmoty zanedbateľný, ale v kozmologických vzdialenostiach je prítomnosť tmavej hmoty jednoznačne cítiť - možno ju nepriamo pozorovať jej gravitačným účinkom na klastre galaxií a jej vplyvom na rotáciu galaxií. Vieme, že existuje, jednoducho to nevidíme.
A nevieme, čo to je. Môžeme len hádať.
Obyčajná hmota - aka baryonická hmota - interaguje prostredníctvom elektromagnetických, gravitačných, silných a slabých síl. Tieto sily prenášajú energiu a dávajú štruktúru všetkým veciam. Na temnú hmotu sa naopak na druhej strane zvyčajne pozerá ako na amorfný oblak „hmoty“, ktorý nemôže interagovať prostredníctvom elektromagnetických, slabých alebo silných síl. Preto sa predpokladá, že temná hmota je „nebaryonická“. Non-baryonická hmota môže odhaliť svoju prítomnosť iba gravitačne.
Vedúcim kandidátom pri hľadaní temnej hmoty je WIMP, slabo interagujúca masívna častica. Ako naznačuje názov WIMP, táto hypotetická častica neinteraguje s normálnou hmotou - preto nie je baryonická.
Zavedené kozmologické modely predpovedajú, že temná hmota - napríklad vo forme WIMP alebo „axiónov“- dáva nášmu vesmíru štruktúru a zvyčajne sa zjednodušene nazýva „lepidlo“, ktoré drží náš vesmír ako celok.
Pri pozorovaní rotácie galaxií si astronóm Vera Rubin všimol, že väčšinu hmoty v galaxiách nie je možné pozorovať. Viditeľné sú iba malé percento - hviezdy, plyn a prach; Zvyšok sa skrýva v obrovskom, ale neviditeľnom svetle temnej hmoty. Je to akoby naša viditeľná galaxia obyčajnej hmoty bola len kapucňou na obrovskom kolese temnej hmoty, ktorá siaha ďaleko za hranice toho, čo vidíme.
V nedávno uverejnenom dokumente (2013) predstavila Randall a jej kolegovia zložitejšiu formu temnej hmoty. Podľa nich nie je halo temnej hmoty našej galaxie tvorené iba jedným typom amorfnej hmoty nebaryonickej hmoty.
„Zdá sa veľmi zvláštne predpokladať, že všetka temná hmota je zložená len z jedného typu častice,“píše Randall. „Nezaujatý vedec by nemal dovoliť, aby temná hmota bola taká rozmanitá ako naša normálna hmota.“
Bohatý „tieňový vesmír“?
Rovnako ako náš viditeľný vesmír riadi štandardný model fyziky - osvedčená skupina častíc (vrátane neslávneho Higgsovho bozónu) a síl, mohol by v temnom galaktickom halo pôsobiť bohatý a rozmanitý model častíc a síl temnej hmoty?
Tento výskum sleduje logiku spočívajúcu v predpoklade, že v temnej oblasti vesmíru sa predpokladá bohatá škála neznámej fyziky - nazývajme ju „tieňový vesmír“- ktorý beží paralelne s naším vlastným a má všetky zložitosti, ktoré ponúka náš viditeľný vesmír.
Astrofyzici predtým navrhovali, že „temné hviezdy“- hviezdy zložené z temnej hmoty - môžu v našom starovekom vesmíre existovať dodnes. Ak je to tak, Randall tvrdí, že by sa mohli tvoriť „tmavé planéty“. A ak existuje skupina častíc temnej hmoty riadená silami nasadenými v temnom sektore, mohlo by to viesť k zložitej chémii? A do života?
Ak však existuje „temný“alebo „tieňový“život paralelne s naším vesmírom, môžete zabudnúť, že ho môžeme zistiť.
Tieňový život zostane v tieni
Zdá sa, že je lákavé použiť túto hypotézu na vysvetlenie všetkých každodenných záhad alebo dokonca paranormálnych tvrdení, ktoré veda nemôže spochybniť alebo podporiť. Čo ak „duchovia“alebo nevysvetliteľné „svetlá na oblohe“sú antikou temných tvorov žijúcich v zadnej časti všetkého?
Aj keď by táto logika bola v poriadku pre televíznu reláciu alebo film, tieto temné bytosti by žili v temnom vesmíre, ktorý je úplne nezlučiteľný s bežnou hmotou. Ich častice a sily by nemali žiadny vplyv na náš vesmír. Tieto riadky by ste si mohli prečítať na pni stromov v temnom lese a nikdy by ste o tom nevedeli.
Pretože však spolu s týmto tieňovým vesmírom žijeme v rovnakom časopriestore - žiadne ďalšie dimenzie alebo multiverse, je možné vysielať iba jeden signál.
Gravitačné vlny boli objavené až v roku 2016 a prvá detekcia týchto vlniek v časopriestore bola spôsobená zrážkou čiernych dier. Zdá sa celkom možné, že gravitačné vlny sa dajú zistiť v tmavom sektore, ale na našom konci drôtu sa dajú zistiť iba najsilnejšie kozmické udalosti v tmavom sektore.
Celkovo vzaté, takmer určite nikdy nedokážeme existenciu roztomilých stvorení temnej hmoty, ale Randall to ukáže. Keď uvažujeme o zdroji temnej hmoty, musíme sa pozerať nad svoje predsudky; temný sektor môže byť komplexnou skupinou častíc a síl temnej hmoty, ktoré sú nad rámec toho, čo si vieme predstaviť.
Ilja Khel