Pri všetkom našom chápaní fyzikálnych zákonov a úspechu štandardného modelu a všeobecnej relativity existuje vo vesmíre množstvo pozorovateľných javov, ktoré sa nedajú vysvetliť. Vesmír je plný záhad, od formovania hviezd až po vysokoenergetické kozmické lúče. Aj keď postupne objavujeme priestor pre seba, stále nevieme všetko. Napríklad vieme, že temná hmota existuje, ale nevieme, aké sú jej vlastnosti. Znamená to, že prejavom temnej hmoty by sme mali pripisovať všetky neznáme účinky?
O temnej hmote je toľko záhad, koľko je dôkazov o jej existencii. Obviňovať temnú hmotu zo všetkých tajomných prejavov vesmíru je však nielen krátkozraké, ale aj nesprávne. To sa stane, keď vedcom dôjdu dobré nápady.
Dve jasné veľké galaxie v strede zhluku komy, každá s veľkosťou viac ako milión svetelných rokov. Galaxie na okraji naznačujú existenciu veľkého halu temnej hmoty v celej kupe.
Temná hmota sa nachádza všade vo vesmíre. Prvýkrát bol konzultovaný v 30. rokoch 20. storočia s cieľom vysvetliť rýchly pohyb jednotlivých galaxií v zhlukoch galaxií. Stalo sa to preto, lebo všetka bežná hmota - hmota tvorená protónmi, neutrónmi a elektrónmi - nestačí na vysvetlenie celkového množstva gravitácie. Patria sem hviezdy, planéty, plyn, prach, medzihviezdna a intergalaktická plazma, čierne diery a všetko ostatné, čo môžeme zmerať. Vedecké rady podporujúce temnú hmotu sú početné a presvedčivé, ako poznamenal fyzik Ethan Siegel.
Je potrebné vysvetliť tmavú hmotu:
- rotačné vlastnosti jednotlivých galaxií, - vznik galaxií rôznych veľkostí, od obrovských eliptických až po - galaxií veľkosti Mliečnej dráhy a malých trpasličích galaxií v našej blízkosti, Propagačné video:
- interakcie medzi pármi galaxií, - vlastnosti zhlukov galaxií a zhlukov galaxií vo veľkom meradle, - vesmírna sieť vrátane jej vláknitej štruktúry, - spektrum fluktuácií kozmického mikrovlnného pozadia, - pozorované účinky gravitačného šošovky vzdialených hmôt, - pozorovaná separácia medzi účinkami gravitácie a prítomnosťou obyčajnej hmoty pri zrážkach kup galaxií.
Tak v malom meradle jednotlivých galaxií, ako aj v meradle celého vesmíru je potrebná tmavá hmota.
Ak vezmeme toto všetko do súvislosti so zvyškom kozmológie, veríme, že každá galaxia, vrátane našej, obsahuje mohutné rozptýlené halo temnej hmoty, ktoré ju obklopuje. Na rozdiel od hviezd, plynu a prachu v našej galaxii, ktoré sú väčšinou na disku, by halo temnej hmoty malo byť sférické, pretože na rozdiel od bežnej hmoty založenej na atómoch sa tmavá hmota „nestlačí“, keď ju stlačíte … Tmavá hmota by tiež mala byť hustejšia v blízkosti galaktického stredu a mala by sa rozširovať desaťkrát ďalej ako hviezdy samotnej galaxie. Nakoniec by v každej aureole mali byť malé hrudky tmavej hmoty.
Na reprodukciu celého súboru pozorovaní uvedených vyššie, ako aj ďalších, by tmavá hmota nemala mať žiadne iné vlastnosti než tieto: mala by mať hmotnosť; musí pôsobiť gravitačne; musí sa pohybovať pomaly vzhľadom na rýchlosť svetla; nemalo by to silne interagovať s inými silami. Všetky. Akékoľvek ďalšie interakcie sú veľmi obmedzené, ale nie sú vylúčené.
Prečo potom, kedykoľvek sa vykonáva astrofyzikálne pozorovanie s prebytkom bežnej častice určitého typu - fotónov, pozitrónov, antiprotónov - ľudia predovšetkým hovoria o temnej hmote?
Začiatkom tohto týždňa tím vedcov, ktorý študoval zdroje gama žiarenia okolo pulzarov, zverejnil svoje poznatky v časopise Science. Pri svojej práci sa snažili lepšie pochopiť, odkiaľ pochádza nadbytok pozitrónov, ktorý sme pozorovali. Pozitróny, antipódy elektrónov, sa zvyčajne rodia niekoľkými spôsobmi: keď sa bežné častice urýchľujú na dostatočne vysoké energie, keď sa zrazia s inými časticami hmoty, a s produkciou párov elektrónov a pozitrónov podľa Einsteinovho vzorca E = mc2. Takéto páry vytvárame v priebehu fyzikálnych experimentov a môžeme astrofyzicky pozorovať vytváranie pozitrónu, a to priamo pri hľadaní kozmických lúčov, aj nepriamo pri hľadaní energetického podpisu zániku elektrónov a pozitrónov.
Tieto astrofyzikálne pozitrónové signatúry sa vyskytujú v blízkosti galaktického centra a zameriavajú sa na bodové zdroje, ako sú mikrokvazary a pulzary, ktoré sa nachádzajú v tajomnej oblasti našej galaxie známej ako Veľký anihilátor a na časti rozptýleného pozadia, ktorého pôvod nie je známy. Jedna vec je istá: vidíme viac pozitrónov, ako očakávame. A to sa vie už dlho. PAMELA to zmerala, Fermi to zmeral, AMS na palube ISS to zmerala. Nedávno observatórium HAWC meralo gama lúče na vysokej úrovni energie TeV a ukázalo, že sú to vysoko akcelerované častice pochádzajúce z pulzarov strednej úrovne. Ale to, bohužiaľ, nestačí na vysvetlenie pozorovaného nadbytku pozitrónov.
Z nejakého dôvodu, pri každom meraní nadbytku pozitrónov, pri každom pozorovaní astrofyzikálneho zdroja, ktorý to nevysvetľuje, naratív naráža na „nemôžeme to vysvetliť, takže na vine je temná hmota“. A to je zlé, pretože existuje veľa možných astrofyzikálnych zdrojov, ktoré nevyžadujú nič exotické, napríklad:
- sekundárna produkcia pozitrónov a gama lúčov inými časticami, - mikrokvazary alebo niečo iné, čo napája čierne diery, - veľmi mladé alebo veľmi staré pulzary, magnetary, - zvyšky supernovy.
Tento zoznam nie je konečný, ale poskytuje niekoľko príkladov toho, čo by mohlo vytvoriť tento prebytok.
Mnoho ľudí pracujúcich v tomto odbore sa rozhodne pre tmavú hmotu, pretože by to bol prielom, keby tmavá hmota ničila a produkovala gama lúče a častice bežnej hmoty. Toto by bol vysnívaný scenár pre lovcov astrofyziky pre temnú hmotu. Zbožné želanie však nikdy neviedlo k veľkým objavom. Aj keď sa temná hmota najčastejšie prezentuje ako vysvetlenie prebytku pozitrónu, nie je to pravdepodobnejšie ako u mimozemšťanov vysvetľujúcich Tabbyho hviezdu.
Po tom, čo požiadal Brendu Dingusovú, hlavnú vyšetrovateľku pre HAWC, o vysvetlenie, dostal Ethan Siegel nasledujúcu pripomienku:
"Existujú nepochybne aj iné zdroje pozitrónov." Ale pozitróny sa nezachádzajú ďaleko od svojich zdrojov a v ich blízkosti nie je veľa zdrojov. Dvoch najlepších kandidátov objavil HAWC a my teraz poznáme počet pozitrónov, ktoré produkujú. Vieme tiež, ako sa tieto pozitróny šíria zo svojich zdrojov; pomalšie, ako sa očakávalo. Aj keď sme potvrdili zdroje pozitrónov v okolí, zistili sme, že pozitróny sa vzďaľujú od miesta pôvodu veľmi pomaly, a preto na Zemi nevytvárajú nadbytok pozitrónov. Vylúčením jednej možnosti zvyšujeme pravdepodobnosť ďalších možností. To však neznamená, že pozitróny MUSIA pochádzať z temnej hmoty. To nemyslíme vážne. “
Pozoruhodné je, že pozitróny v dátach HAWC tvoria iba 1% pozitrónov pozorovaných v iných experimentoch, čo ukazuje na niečo iné ako na hrdinu dňa. Ak sa urobí pozorovanie, ktoré je v rozpore s našimi tradičnými predstavami, ako aj s prebytkom astrofyzikálnych pozitrónov, nemalo by sa vylúčiť, že môže ísť o temnú hmotu. Je však oveľa pravdepodobnejšie, že tieto účinky vysvetľujú aj iné astrofyzikálne procesy. Keď sa vo vede objaví záhada, každý chce revolúciu, ale najčastejšie dostane niečo obyčajné.
Iľja Khel