Tmavá hmota - 75 ročné vesmírne tajomstvo (časť 2)

 Tmavá hmota – 75 ročné vesmírne tajomstvo (časť 2.)

„Na celém světě považují Američany za blázny.“

Těmito slovy začíná proslulá vědeckofantastická povídka Roberta A. Heinleina Domeček jako klícka, kterou múžete najít v nabité antologii Těžká planeta. Pojednává o ambiciózním architektovi Tealovi, který v záchvatu divoké kreativity postaví svému příteli Baileymu dúm ve tvaru čtyřrozměrné krychle rozložené do tří rozměrú, což nakonec vede k dramatickým koncúm. Krom dobrého příběhu získáte jako prémii i povědomost o možné existenci dalších prostorových rozměrú kromě našich notoricky známých tří.

Není to záležitost pouhé science-fiction, jak by se snad mohlo zdát. Fyzikové se dnes docela dohadují, zda takové nějaké další rozměry existují, kolik jich je a jak vypadají. Joseph Silk z kupodivu nikoliv americké, nýbrž britské University of Oxford se svými spolupracovníky rozvířil debatu velmi zajímavým nápadem, co se týče temné hmoty ve vesmíru.

O temné hmotě se začalo mluvit ve chvíli, kdy se zjistilo, že ve vesmíru vidíme ve všech možných spektrálních pásmech jenom asi 15 procent hmoty, kterou by vesmír podle rúzných dalších pozorování měl obsahovat. Co je zač těch zbývajících 85 procent zatím nikdo přesně neví. Říká se tomu temná hmota a spousta lidí se snaží přijít na to, co by to mohlo být. Silk se s kolegy zabýval chováním temné hmoty v galaxiích, přičemž analyzovali rotaci vybraných galaktických útvarú. S velkým překvapením zjistili, že v malých galaxiích temná hmota púsobí poměrně silnou přitažlivou silou a ve velkých shlucích galaxiích naopak silou slabší.

Autoři nabízejí dobrodružné vysvětlení, o nemž sami prohlašují, že je extrémně spekulativní. Pozorované chování temné hmoty podle nich zpúsobují další tři prostorové rozměry, které na nepatrných nanometrových vzdálenostech mění púsobení gravitace. Ve hmotnějších galaxiích jsou dosud neznámé částice temné hmoty urychlovány na vyšší rychlosti. Proto tráví méně času v těsném sousedství a nanorozměry se nemohou projevit tak účinně jako v případě malých galaxií.

O dalších prostorových rozměrech se vedou řeči zejména v souvislosti s populární teorií superstrun. Většinou se má za to, že by jich mělo být osm a že by měly být velmi maličké, miliardkrát a miliardkrát menší než atomy. Tím pádem je není vúbec snadné najít a proto náš vesmír vypadá, jako by měl rozměry jenom tři. Někteří lidé si zase naopak myslí, že případné další prostorové rozměry jsou slušně velké a že se k nim jenom z nějakých dúvodú nemúžeme dostat. Podle zmíněné studie by další rozměry měly být v řádech nanometrú, což není mnoho, ale ani nijak závratně málo. Pokud by měli pravdu, tak má náš vesmír celkem šest prostorových rozměrú, přičemž ve třech z nich je asi jen nanometr široký.

Existují i další možná vysvětlení pozorovaného jevu. Múže zde púsobit nějaká úplně neznámá fyzikální síla. Nebo za to podle některých komentátorú snad múžou supernovy, s jejichž pomocí se provádějí astronomická měření a které by se mohly v minulosti chovat jinak, než dnes. Bláznú je v astrofyzice spousta a nejen Američanú a další prostorové dimenze jsou každopádně horké téma. Není tedy od věci předpokládat, že o nich nepochybně ještě mnoho uslyšíme.

Temná hmota je teplá

Kromě jejího gravitačního púsobení astronomové až doposud neznali základní vlastnosti temné hmoty prostupující vesmírem. Nyní se poprvé podařilo změřit její teplotu. Zjištěná hodnota je překvapivě vysoká.

Už samo označení „temná hmota“ napovídá, že se jedná o neviditelnou složku vesmíru. O její existenci svědčí její gravitační interakce s hvězdami v galaxiích. Bez přítomností temné hmoty by se rotující galaxie rozpadly odstředivou silou. Z měření vyplývá, že temné hmoty musí být ve vesmíru asi šestkrát více než hmoty normální, kterou múžeme pozorovat přímo.

Vzhledem k těmto skutečnostem bylo už samo zjistění, že je tato složka vesmíru „temná“, velmi obtížné, jak potvrzuje i Gerry Gilmour (Cambridge University, UK), který je hlavním autorem nové studie odhalující základní vlastnosti této tajemné hmoty. Podle projevú – či přesněji podle toho, jak se temná hmota neprojevuje – vědci usuzovali, že není elektricky nabitá, nevykazuje známky magnetismu a navzájem na sebe nepúsobí se světlem ani jiným zářením. „Toto jsou první vlastnosti temné hmoty – kromě její samotné existence – které jsme byli schopni určit,“ zdúrazòuje význam studie Gerry Gilmour. Gilmourúv tým využil soustavy obřích dalekohledú Very Large Telescope evropské observatoře Paranal v Chile ke studiu 12 trpasličích galaxií, které obíhají kolem naší Mléčné dráhy. Vědci změřili vzdálenosti a rychlosti tisícovek hvězd z těchto galaxií a vyznačením jejich drah odhalili přítomnost temné hmoty mezi nimi.

Ukázala se poměrně překvapivá věc. „Bez ohledu na velikost, jasnost a množství hvězd, které obsahují se zdá, že všechny galaxie mají zhruba stejné množství temné hmoty,“ uvádí Mark Wilkinson, který je rovněž spoluautorem studie. "To znamená, že temná hmota se shromažïuje v jakýchsi základních stavebních blocích s minimálními rozměry 1000 světelných rokú napříč a hmotností srovnatelnou s hmotností 30 miliónú Sluncí. Větší galaxie jsou vybudovány kombinací těchto blokú", doplòuje Wilkinson.

Od tohoto zjištění byl už jenom krok k určení rychlosti pohybu jednotlivých částic temné hmoty. Pokud by se totiž částice pohybovaly rychleji než je určitá hodnota rychlosti, zmíněné shluky by se „rozlétly“, v opačném případě by naopak byly mnohem větší. Naměřená rychlost pohybu částic je 9 kilometrú za sekundu. A konečně známe-li rychlost pohybu částic, je už snadné odvodit i teplotu látky, kterou tvoří. Výsledek je překvapivý – temná hmota má teplotu kolem 10 tisíc stupòú. „Tato teplota nám říká něco zásadního o vlastnostech temné hmoty,“ upozoròuje Gerry Gilmour.

Temná hmota je tak výrazně teplejší než tradiční „chladný“ model vúbec předpokládal. Tento model, podle kterého se částice temné hmoty pohybují extrémně pomalu – rychlostmi pouhých několik milimetrú za sekundu – zaznamenal velké úspěchy při vysvětlení struktury vesmíru. Zároveò ale přinesl několik předpokladú, které se astronomúm dosud nepodařilo prokázat. Velké galaxie by podle tohoto modelu měly mít tisíce satelitních trpasličích galaxií a také extrémně hustá jádra. Ani jedna z těchto skutečností však nebyla pozorována.

„“Vlažná“ temná hmota múže být dobrodiním pro teoretiky,“ říká Bob Nichols (University of Portsmouth, UK). „Skutečně nám múže pomoci vyřešit některé problémy.“

Podle autorú studie jsou zjištěné výsledky v souladu s představou, podle které je temná hmota tvořena zvláštním druhem slabě interagujících, hmotných částic zvaných WIMPs. Ačkoliv byla jejich existence předpovězena teoreticky, ve skutečnosti nebyly dosud pozorovány. Gerry Gilmour ale věří, že se podaří tyto částice „vyrobit“ v obřím urychlovači částic.

Zdroj: www.osel.cz