Väčšina vesmíru pozostáva z „hmoty“, ktorú nemožno vidieť, možno nehmotnú, a interaguje s inými vecami iba prostredníctvom gravitačnej sily. Ach áno, a fyzici nevedia, o čo ide, alebo prečo je toho vo vesmíre toľko - asi štyri pätiny jeho hmotnosti.
Vedci to nazývajú temná hmota.
Takže kde je táto záhadná záležitosť, ktorá tvorí taký obrovský kus nášho vesmíru, a kedy ju vedci objavia?
Ako vieme, že táto záležitosť existuje
Hypotézu temnej hmoty predložil švajčiarsky astronóm Fritz Zwicky prvýkrát v 30. rokoch 20. storočia, keď si uvedomil, že jeho merania hmotností zhlukov galaxií ukázali, že časť vesmíru „chýba“. Nech je galaxia ťažšia, nevydáva žiadne svetlo ani neinteraguje s ničím iným, než prostredníctvom gravitácie.
Astronóm Vera Rubin v sedemdesiatych rokoch objavil, že rotácia galaxií nie je v súlade s Newtonovým zákonom o pohybe; Zdá sa, že hviezdy v galaxiách (najmä Andromeda) rotujú okolo stredu rovnakou rýchlosťou, ale hviezdy v hviezdach sa pohybujú pomalšie. Akoby niečo pridávalo hmotu vonkajšej časti galaxie, ktorú nikto nevidel.
Zvyšok dôkazov pochádza z gravitačných šošoviek, ktoré sa vyskytujú, keď gravitácia veľkého objektu ohýba svetelné vlny okolo objektu. Podľa teórie Alberta Einsteina o všeobecnej relativite gravitácia ohýba priestor (ako zápasník na sumo môže deformovať rohož, na ktorej stojí), takže svetelné lúče sa ohýbajú okolo veľkých objektov, aj keď samotné svetlo je bezhmotné. Pozorovania ukázali, že nebolo dosť viditeľnej hmoty na ohýbanie svetla, ako tomu bolo v prípade jednotlivých zhlukov galaxií - inými slovami, galaxie boli hmotnejšie, ako by mali byť.
Propagačné video:
Potom je tu reliktné žiarenie (CMB), „ozvena“Veľkého tresku a supernovy. „CMB nám hovorí, že vesmír je priestorovo plochý,“povedal Jason Kumar, profesor fyziky na Havajskej univerzite. „Priestorovo plochý“znamená, že ak nakreslíte dve čiary vesmírom, nikdy sa nepretínajú, aj keď tieto čiary mali miliardy svetelných rokov. V strmo zakrivenom vesmíre sa tieto línie stretnú v určitom bode v priestore.
Medzi kozmológmi a astronómami v súčasnosti existuje malý spor o tom, či existuje temná hmota. Neovplyvňuje svetlo a nie je nabitá ako elektróny alebo protóny. Doteraz uniká priamej detekcii.
"Toto je záhada," povedal Kumar. Vedci sa môžu pokúsiť „vidieť“temnú hmotu buď prostredníctvom interakcie s bežnou hmotou, alebo hľadaním častíc, ktoré by mohli byť temnou hmotou.
Aká temná hmota nie je
O temnej hmote prišlo a odišlo veľa teórií. Jedna z prvých bola celkom logická: otázka bola skrytá v masívnych astrofyzikálnych kompaktných halo objektoch (MACHO), ako sú neutrónové hviezdy, čierne diery, hnedé trpaslíky a nečestné planéty. Nevyžarujú svetlo (alebo vyžarujú veľmi málo), takže sú pre teleskopy prakticky neviditeľné.
Preskúmanie galaxií hľadajúcich malé skreslenie v hviezdnom svetle, ktoré vytvára MACHO okolo - nazývané mikročočky - však nedokázalo vysvetliť množstvo tmavej hmoty okolo galaxií alebo dokonca veľa z nej. „Zdá sa, že MACHO sú rovnako vylúčené ako kedykoľvek predtým,“uviedol Dan Hooper, pridružený výskumný pracovník vo Fermi National Accelerator Laboratory v Illinois.
Temná hmota sa nejaví ako oblak plynu, ktorý nemožno vidieť cez ďalekohľady. Difúzny plyn absorbuje svetlo z galaxií, ktoré sú ďalej a na vrchole tohto normálneho plynu bude znovu vyžarovať žiarenie pri dlhých vlnových dĺžkach - na oblohe bude obrovská emisia infračerveného svetla. Keďže sa tak nestane, môžeme to vylúčiť.
Čo by to mohlo byť
Slabo interagujúce masívne častice (WIMP) sú jednými z najsilnejších uchádzačov o vysvetlenie temnej hmoty. Wimpy sú ťažké častice - asi 10 až 100-krát ťažšie ako protón, ktoré boli vytvorené počas Veľkého tresku a dnes zostávajú v malom počte. Tieto častice interagujú s normálnou hmotou prostredníctvom gravitácie a slabých jadrových síl. Masívnejšie WIMP sa budú pohybovať pomalšie v priestore, a preto môžu byť kandidátmi na „studenú“temnú hmotu, zatiaľ čo ľahší sa budú pohybovať rýchlejšie a byť kandidátmi na „teplú“temnú hmotu.
Jedným zo spôsobov, ako ich nájsť, je pomocou „priamej detekcie“, napríklad experimentu Large Underground Xenon (LUX), ktorý je kontajnerom tekutého xenónu v bani Južná Dakota.
Ďalším spôsobom, ako vidieť wimpy, môže byť urýchľovač častíc. Vo vnútri urýchľovačov sú atómové jadrá lámané rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla a v tomto procese sa táto energia zrážky premieňa na iné častice, niektoré z nich sú pre vedu nové. Doposiaľ sa v urýchľovačoch častíc nenašlo nič, čo by vyzeralo ako domnelá temná hmota.
Ďalšia možnosť: axióny. Tieto subatomické častice mohli byť nepriamo detegované typmi žiarenia, ktoré vydávajú, ako sa ničia alebo ako sa rozpadajú na iné typy častíc alebo sa objavujú v urýchľovačoch častíc. Neexistujú však ani priame dôkazy o axiách.
Od objavu ťažkých, pomalých „studených“častíc, ako sú WIMP alebo axióny, sa ešte nedosiahli výsledky, niektorí vedci skúmajú možnosť ľahkých a rýchlejšie sa pohybujúcich častíc, ktoré spôsobujú „teplú“temnú hmotu. Znovu sa objavil záujem o takýto model tmavej hmoty potom, čo vedci našli dôkaz o neznámej častici pomocou röntgenového observatória Chandra v klastri Perseus, skupine galaxií vzdialenej približne 250 miliónov svetelných rokov od Zeme. Známe ióny v tomto zoskupení produkujú určité línie röntgenovej emisie av roku 2014 vedci videli novú „líniu“, ktorá by mohla zodpovedať neznámej svetelnej častici.
Ak sú častice tmavej hmoty ľahké, vedci budú mať problémy s ich priamym nájdením, uviedol Tracey Slater, fyzik z MIT. Navrhla nové typy častíc, ktoré môžu tvoriť temnú hmotu.
"Tmavú hmotu s hmotnosťou nižšou ako asi 1 GeV je skutočne ťažké zistiť pomocou štandardných experimentov s priamou detekciou, pretože pracujú tak, že hľadajú nevysvetlené spätné väzby atómových jadier … ale keď je temná hmota oveľa ľahšia ako atómové jadro, je spätná energia veľmi malá," povedal Tracy. Slater.
Pri výskume temnej hmoty sa vykonalo veľa výskumov a ak súčasné metódy zlyhajú, vykonajú sa nové. Použitie „tekutého“kvapalného hélia, polovodičov a dokonca aj prerušenia chemických väzieb v kryštáloch sú niektoré z nových nápadov na detekciu tmavej hmoty.