Hľadajú temnú hmotu na Zemi, v podzemí i vo vesmíre. Jeho záhadné častice sú pre vedecké prístroje neviditeľné a nikde sa neprejavujú. V prospech ich existencie sa však zhromaždila solídna „základňa dôkazov“. Majú vedci šancu niekedy objaviť tmavú hmotu.
Kľúčová zložka vesmíru
Častice temnej hmoty sa zrodili krátko po Veľkom tresku, keď bol vesmír rozžeravenou plazmou. Keď sa ochladili, vytvorili sa zhluky, ktoré nakoniec zabezpečili vznik hviezd a galaxií. Keby plazma obsahovala iba obyčajné častice, ktoré tvoria atómy, potom by ich žiarenie navzájom odpudzovalo a neumožňovalo im vytvárať žiadne štruktúry. Gravitačne viazané objekty sa objavili dostatočne rýchlo, čo znamená, že im niečo pomáhalo. Zadržala ich nejaká masívna látka. Teraz nijako neinteraguje s bežnou hmotou, nevyžaruje, preto ho nepozorujeme žiadnymi metódami.
Takto vedci rekonštruujú vývoj vesmíru, ktorý by bol neúplný bez účasti temnej hmoty. K tomuto záveru dospel ešte v 30. rokoch švajčiarsky astronóm Fritz Zwicky. Pri štúdiu zhlukov galaxií sa čudoval, prečo sa nerozptyľujú. Hmotnosť viditeľných galaxií koniec koncov nestačí na to, aby držala hviezdokopu. Preto tu musí byť skrytá masa. Neskôr táto hypotéza našla početné potvrdenia o anomáliách v rýchlosti rotácie galaxií: časti diskov ďaleko od stredu sa ťažko spomalia, ako by to bolo, keby pozostávali iba z hviezd.
Gravitačné šošovky umožňujú nepriamo detekovať prítomnosť skrytej hmoty. Tento efekt vytvárajú dve masívne galaxie umiestnené jeden za druhým. Svetlo zo vzdialenej galaxie sa ohýba gravitačným poľom blízkej galaxie a rovnako ako v šošovke sa objaví aj jej obraz. To poskytuje určitý pohľad na temnú hmotu v galaxiách, ktorá okolo nich vytvára obrovské neviditeľné haló. Vedci pomocou rôznych modelov vypočítajú rozloženie hustoty tmavej hmoty v svätožiare a na tomto základe urobia dohady o štruktúre.
Vľavo - svätožiara temnej hmoty v galaxii NGC 4555.
Propagačné video:
Zloženie tmavej hmoty
Fyzici sa prikláňajú k názoru, že temná hmota sa skladá z častíc, ktoré nám nie sú známe.
"Astrofyzikálne metódy pozorovania nehovoria nič o ich vlastnostiach." Je možné, že nijako interagujú, okrem gravitačnej metódy. Možno ani priame experimenty na Zemi, ani pozorovania vo vesmíre k ničomu nevedú. Toto si treba uvedomiť vždy, “hovorí Dmitrij Gorbunov, korešpondent Ruskej akadémie vied, hlavný vedecký pracovník Ústavu pre jadrový výskum Ruskej akadémie vied v RIA Novosti.
Medzi kandidátov na úlohu tmavých častíc patria ultraľahké osi, slabo interagujúce častice (WIMP) a sterilné neutríno, ktoré pomáha vysvetliť hmotnosť a osciláciu slnečných neutrín.
"Najľahšie sterilné neutríno môže byť časticou tmavej hmoty." Nie je stabilný, ale žije veľmi dlho. V Galaxii by sa tieto častice mali rozpadať na neutrína a fotón. Točia sa pomaly (10 - 3-násobok rýchlosti svetla), takže sa očakáva vrchol v röntgenovom rozsahu vo fotónovom spektre, “tvrdí vedec.
Podľa neho by mal byť na obežnú dráhu vyslaný dobrý spektrometer, ktorý by sa pokúsil takéto udalosti zaregistrovať.
Pred dvoma rokmi Gorbunov a jeho kolegovia vymodelovali jednu z hypotéz o nestabilnej zložke temnej hmoty, aby vysvetlili rozpor vo výsledkoch experimentu Planckovho vesmírneho ďalekohľadu, ktorý meral reliktné žiarenie. Možno to bola chyba alebo možno náznak nejakej vlastnosti temnej hmoty. Vedci tvrdia, že tmavá látka má heterogénne zloženie a časť z nej dodnes neprežila.
Pri hľadaní tmavých častíc
Ako zachytiť častice tmavej hmoty je jednou z kľúčových otázok fyziky. Mnoho teoretikov a experimentátorov sa na ňu snaží odpovedať. Spôsob pozorovania závisí od modelu, v ktorom sú položené všetky vlastnosti hypotetickej častice. Ak predpokladáme, že temná hmota bola v plazme raného vesmíru v rovnováhe - a boli tu aj obyčajné častice -, znamená to, že s nimi nejako interaguje. Zo všetkých známych typov interakcií, s výnimkou gravitačnej, je najvhodnejšia slabá interakcia, ku ktorej dochádza pri beta rozpade atómového jadra.
„Za tohto predpokladu po ochladení primárnej plazmy zostáva potrebné množstvo tmavej hmoty,“vysvetľuje Dmitrij Gorbunov.
Na základe toho môžu byť tmavé častice zničené tvorbou elektrónu a pozitrónu. Hľadajú stopy týchto vyhladení, ale v každom prípade ide o nepriamy dôkaz. Výsledky sú navyše dosť nejasné, častice sa odkláňajú, lietajú okolo Galaxie, ničia sa, strácajú energiu a to, čo sa k Zemi dostane, je na pozadí kozmických lúčov ťažké rozlíšiť.
Pokúšajú sa pozorovať tmavé častice priamo v podzemných detektoroch, ktoré registrujú neutrína. Pod zemou sa zmenšuje pozadie atmosférických častíc, detektorová látka sa ochladzuje a musíte počkať, kým do nej zasiahne častica tmavej hmoty. Tieto udalosti sú samy o sebe zriedkavé, pretože častica, ak interaguje, je slabá. Náraz spôsobí excitáciu atómu a výbuch energie, ktorý zaznamená detektor.
Zároveň je nemožné nekonečne zväčšiť objem detektorovej látky, aby sa zvýšila pravdepodobnosť prechodu tmavých častíc bez straty citlivosti. Okrem toho neutrína interferujú so signálom. Aby ste to prerušili, možno budete musieť postaviť úplne nový detektor, aby ste išli pod tento signál.
„Je potrebné použiť detekciu smeru nárazu častíc. To výrazne potlačí pozadie, pretože neutrína lietajú v smere od Slnka, temná hmota zasiahne inými smermi, “upresňuje vedec.
Tretím smerom je tvorba častice tmavej hmoty v dôsledku zrážky bežných častíc pri LHC a iných urýchľovačoch. Pozorovateľovi to bude vyzerať napríklad ako fotón odlietajúci do strany. Podľa zákona zachovania hybnosti by mala častica vyletieť aj opačným smerom, ale žiaden neexistuje. Takže je neviditeľná.
Zatiaľ nebol úspešný žiadny zo spôsobov, ako zachytiť častice tmavej hmoty. Nie je ani jasné, ktorá z nich je najsľubnejšia.
Zloženie vesmíru / Ilustrácia od RIA Novosti.
Tatiana Pichugina