Pojmy temná energia a temná hmota nie sú úplne úspešné a predstavujú doslovný, ale nie sémantický preklad z angličtiny. Vo fyzickom zmysle znamenajú tieto výrazy iba to, že tieto látky neinteragujú s fotónmi a mohli by sa tiež nazývať neviditeľnými alebo priehľadnými látkami a energiou.
Temná hmota v astronómii a kozmológii, ako aj v teoretickej fyzike, je hypotetická forma hmoty, ktorá nevyvoláva elektromagnetické žiarenie ani neinteraguje. Táto vlastnosť tejto formy hmoty znemožňuje jej priame pozorovanie.
Záver o existencii temnej hmoty sa robí na základe početných, navzájom konzistentných, ale nepriamych znakov správania astrofyzikálnych objektov a gravitačných účinkov, ktoré vytvárajú. Objav podstaty temnej hmoty pomôže vyriešiť problém skrytej hmoty, ktorá spočíva najmä v neobvykle vysokej rýchlosti rotácie vonkajších oblastí galaxií.
Dozvieme sa viac o tom všetkom …
Temná hmota a temná energia nie sú pre oko viditeľné, ale ich prítomnosť bola dokázaná pozorovaním vesmíru. Pred miliardami rokov sa náš vesmír zrodil po katastrofálnom veľkom tresku. Keď sa počiatočný vesmír pomaly ochladzoval, začal sa v ňom vyvíjať život. Výsledkom bolo vytvorenie hviezd, galaxií a ďalších viditeľných častí. Veľkosť nášho vesmíru je jednoducho ohromujúca. Napríklad jedno Slnko stačí na osvetlenie a zahriatie miliónov planét, ako je Zem. V tomto prípade je Slnko stredne veľká hviezda a samotná naša galaxia pozostáva zo 100 miliárd hviezd. Toto číslo presahuje počet zŕn piesku na malej pláži. To však nie je všetko.
Ako viete, vesmír pozostáva z niekoľkých miliárd galaxií, kde existuje množstvo látok. Je možné, že niektorá z týchto záležitostí bola pre oko neviditeľná. S najväčšou pravdepodobnosťou od výsledkov nedávnych štúdií vyplýva, že môžeme vidieť iba desatinu vesmíru. To znamená, že viac ako 90% látky jednoducho nemôže byť vyšetrená osobou ani s použitím špeciálneho vybavenia. Astronómovia nazývajú túto záležitosť temnou.
Je známe, že temná hmota interaguje s „svetelným“(baryonickým) prinajmenšom gravitačným spôsobom a je médiom s priemernou kozmologickou hustotou niekoľkokrát vyššou ako hustota baryónov. Tieto sú zachytené v gravitačných jamách koncentrácií temnej hmoty. Preto, hoci častice tmavej hmoty nereagujú so svetlom, svetlo sa vyžaruje z miesta, kde je tmavá hmota. Táto pozoruhodná vlastnosť gravitačnej nestability umožnila študovať množstvo, stav a distribúciu temnej hmoty z pozorovacích údajov z rádiového dosahu do röntgenového žiarenia.
Propagačné video:
Štúdia pohybu viac ako 400 hviezd nachádzajúcich sa vo vzdialenosti až 13 000 svetelných rokov od Slnka, ktorá bola uverejnená v roku 2012, nezistila žiadny dôkaz prítomnosti tmavej hmoty vo veľkom priestore okolo Slnka. Podľa predpovedí teórií malo byť priemerné množstvo temnej hmoty v blízkosti Slnka okolo 0,5 kg v objeme Zeme. Merania však v tomto objeme poskytli hodnotu 0,00 ± 0,06 kg tmavej hmoty. To znamená, že pokusy o registráciu temnej hmoty na Zemi, napríklad so zriedkavými interakciami častíc temnej hmoty s „obyčajnou“hmotou, môžu byť ťažko úspešné.
Podľa pozorovaní Planck Space Observatory uverejnených v marci 2013, interpretovaných berúc do úvahy štandardný kozmologický Lambda-CDM model, celková hmotnostná energia pozorovaného vesmíru pozostáva zo 4,9% obyčajnej (baryonickej) hmoty, 26,8% tmavej hmoty a 68,3% z temnej energie. Vesmír je teda 95,1% zložený z temnej hmoty a temnej energie.
Dôkazom existencie temnej hmoty je jej ťažkosť - sila gravitácie, ktorá podobne ako lepidlo udržuje integritu vesmíru. Všetky časti vesmíru sú vzájomne priťahované. Vďaka tomu vedci dokázali vypočítať celkovú hmotnosť viditeľného vesmíru, ako aj ukazovatele gravitačných síl. Počas výpočtov sa odhalila významná nerovnováha v týchto parametroch, čo viedlo k domnienke, že existuje určitá neviditeľná hmota, ktorá má určitú hmotnosť a je tiež vystavená gravitácii.
Štúdium temnej hmoty Okrem toho, dôkazom existencie temnej hmoty bol jej gravitačný vplyv na ďalšie objekty, vrátane trajektórie pohybu hviezd a galaxií. Zistilo sa, že mnoho galaxií rotuje rýchlejšie, ako sa očakávalo. Podľa teórie gravitácie A. Einsteina by mali lietať rôznymi smermi. Zdá sa však, že ich niečo neviditeľné drží pohromade.
Temná hmota môže tiež ovplyvniť cestu šírenia svetla. Skúmal sa jav gravitácie šošoviek, ktorý spočíva v tom, že husté objekty sú schopné odrážať svetlo vzdialených objektov a menia trajektóriu svetelných tokov. To vedie k skresleniu obrazu a objaveniu sa zázrakov hviezd a galaxií. Vedci zaznamenávajú tieto ohyby svetla, nemôžu však pomenovať povahu tohto javu.
Temná hmota v našom vesmíre môže existovať vo forme veľkých astronomických halo objektov (MAGO). Patria sem planéty, mesiace, hnedé a biele trpaslíky, oblaky prachu, neutrónové hviezdy a čierne diery. Spravidla sú príliš malé na to, aby ich svetlo detegovali ľudia, ich existenciu však možno vypočítať pomocou gravitačného účinku na svetelné toky. V posledných rokoch astronómovia objavili niekoľko typov objektov MAGO. Môžu pozostávať z obyčajných baryonických častíc a axínov, neutrínov, wimpilov a supersymetrickej tmavej hmoty.
Výskum temnej hmoty a temnej energie
S rastúcim záujmom o temnú hmotu sa vynárajú nové nástroje, ktoré pomôžu získať širší pohľad na tento záhadný jav. Hubbleov vesmírny teleskop napríklad poskytol veľmi cenné informácie o veľkosti a hmotnosti viditeľného vesmíru. Tieto údaje boli prvým a veľmi dôležitým krokom k štúdiu skutočného množstva temnej hmoty vo vesmíre.
Je dôležité pochopiť, že štruktúra vesmíru nie je náhodná, a pomocou Hubbleovho teleskopu môžete podrobne predstaviť jeho štruktúru. Je známe, že galaxie sa nachádzajú v zhlukoch a tieto zhluky sú v super zhlukoch. Superklastre kozmických tiel sú umiestnené v hubovitej štruktúre s rozsiahlymi dutinami. Tvorba takejto štruktúry je samozrejme spôsobená veľmi špecifickými dôvodmi. Röntgenové teleskopy v observatóriu Chandra pomáhajú študovať obrovské oblaky horúceho plynu v týchto zhlukoch. Vedci zistili, že v týchto oblastiach musí byť prítomná aj temná hmota, inak plyn z klastra unikne. Okrem toho sa v súčasnosti vyvíjajú nové nástroje, ktoré nakoniec pomôžu rozoznať túto temnú stránku vesmíru.
Prístupy a metódy na štúdium častíc temnej hmoty
V súčasnosti sa vedci z celého sveta snažia všetkými možnými spôsobmi objavovať alebo umelo získavať častice temnej hmoty v suchozemských podmienkach pomocou špeciálne navrhnutého super-technologického zariadenia a mnohých rôznych výskumných metód, ale všetky práce zatiaľ neboli korunované úspechom.
Z čoho je vesmír vyrobený
Jedna z metód spočíva v uskutočňovaní experimentov na vysokoenergetických urýchľovačoch, bežne známych ako kolíziá. Vedci, ktorí veria, že častice temnej hmoty sú 100 až 1000-krát ťažšie ako protón, predpokladajú, že sa musia generovať pri zrážke obyčajných častíc, ktoré sa urýchľujú na vysokú energiu pomocou zrážača. Podstatou inej metódy je registrácia častíc temnej hmoty, ktoré sú všade okolo nás. Hlavným problémom pri registrácii týchto častíc je to, že vykazujú veľmi slabú interakciu s bežnými časticami, ktoré sú pre ne prirodzene priehľadné. A predsa častice temnej hmoty veľmi zriedka, ale zrážajú sa s atómovými atómami a existuje určitá nádej, skôr či neskôr, tento jav zaregistrovať.
Existujú aj iné prístupy a metódy na štúdium častíc temnej hmoty a ktoré z nich budú prvými, ktoré povedú k úspechu, iba čas ukáže, ale v každom prípade sa objav týchto nových častíc stane hlavným vedeckým úspechom.
Antigravitačná látka
Temná energia je ešte neobvyklejšia látka ako rovnaká temná hmota. Nemá schopnosť zhromažďovať sa do zhlukov, v dôsledku čoho je rovnomerne distribuovaná v celom vesmíre. Jeho najneobvyklejšou vlastnosťou je v súčasnosti antigravitácia.
Vďaka moderným astronomickým metódam je možné určiť mieru expanzie vesmíru v súčasnosti a simulovať proces jeho zmeny skôr v čase. Výsledkom bolo získanie informácií, že v súčasnosti, rovnako ako v nedávnej minulosti, sa náš vesmír rozširuje, zatiaľ čo rýchlosť tohto procesu neustále rastie. Preto sa objavila hypotéza o antigravitácii temnej energie, pretože obvyklá gravitačná príťažlivosť by mala spomaľujúci účinok na proces „recesie galaxií“, ktorý by obmedzoval rýchlosť expanzie vesmíru. Tento jav nie je v rozpore so všeobecnou teóriou relativity, ale zároveň musí mať temná energia negatívny tlak - vlastnosť, ktorú nemá žiadna zo súčasne známych látok.
Kandidáti na úlohu „Dark Energy“
Hmotnosť galaxií v klastri Abel 2744 je menej ako 5 percent z jeho celkovej hmotnosti. Tento plyn je tak horúci, že svieti iba v oblasti röntgenového žiarenia (na tomto obrázku červená). Distribúcia neviditeľnej tmavej hmoty (ktorá tvorí asi 75 percent hmotnosti tohto zhluku) je sfarbená na modro.
Jedným z predpokladaných kandidátov na úlohu temnej energie je vákuum, ktorého hustota energie zostáva nezmenená počas expanzie vesmíru, a tým potvrdzuje podtlak vákua. Ďalším domnelým kandidátom je „kvintesencia“- predtým nepreskúmané superweakové pole, ktoré pravdepodobne prechádza celým vesmírom. Existujú aj ďalší možní kandidáti, ale žiadny z nich v súčasnosti neprispel k získaniu presnej odpovede na otázku: Čo je temná energia? Už teraz je však zrejmé, že temná energia je niečo úplne nadprirodzené a zostáva hlavným tajomstvom základnej fyziky 21. storočia.