Nejenže vesmír chladne, nějak prošustroval i část své temné hmoty  
Ruští vědci z Ústavu jaderného výzkumu v Moskvě a Novosibiřské státní university přicházejí s vysvětlením nesouladu kosmologických parametrů. Na vině má být nestabilita a rozpad temné hmoty.
Složenina dvou snímků. Na první z Hubblova teleskopu byl vložen ještě druhý – počítačem  zpracovaný do modré barvy, vyjadřující naměřené prstenecové rozložení temné hmoty kolem středu kupy galaxií CL0024+17  (Kredit: M.J. Jee and H. Ford,  Johns Hopkins University)
Složenina dvou snímků. Na první z Hubblova teleskopu byl vložen ještě druhý – počítačem zpracovaný do modré barvy, vyjadřující naměřené prstencové rozložení temné hmoty kolem středu kupy galaxií CL0024+17 (Kredit: M.J. Jee and H. Ford, Johns Hopkins University)

V nejnovějším čísle časopisu Physical Review D  ruští vědci publikovali výsledky svého bádání, z kterého vyplynulo, že temná hmota byla (a možná ještě je) složena z nestabilních částic. V době bezprostředně po velkém třesku této nestabilní složky bylo o dvě až pět procent víc.

 

Temná hmota

Neměli bychom si jí plést s temnou energií, které je ve vesmíru mnohem více (téměř tři čtvrtiny) a která je prostorově rozmístěna rovnoměrně. Temná hmota není rovnoměrně rozprostřena a navíc je vůči temné energii v menšině. Má se zato, že tvoří shluky hodně podobné těm, jaké tvoří  viditelná hmota a podobně jako ona se také projevuje - gravitací.

 

Rotační křivka typické spirální galaxie demonstrující rozdíl mezi gravitačním působení viditelné hmoty a pozorovanou křivkou rychlostí. (Kredit: Stefania deluca, Wikipedia)
Rotační křivka typické spirální galaxie demonstrující rozdíl mezi gravitačním působení viditelné hmoty a pozorovanou křivkou rychlostí. (Kredit: Stefania deluca, Wikipedia)

I když hovoříme stále jen o hypotetické hmotě, kterou nikdo neviděl, nejspíš existuje, protože  bez ní nejde vysvětlit podivné chování galaxií. První podezření na existenci velkého množství skryté  hmoty, která neemituje žádné záření, padlo už v roce 1930, když Fritz Zwicky objevil "zvláštnosti" v kupě galaxií v souhvězdí Vlasy Bereniky. Všiml si, že se galaxie pohybují, jako by byly pod vlivem gravitace z neviditelného zdroje. A protože skrytou hmotu známe jen z jejího gravitačního účinku, proto se jí dostalo pojmenování temná hmota. Z měření Planckova kosmického dalekohledu je její podíl ve vesmíru 26,8  %.  Té „obyčejné“ hmoty jsou 4,9 % a temné energie 68,3 %.


I když nám temná hmota zůstává skryta, poznání jejích vlastností by mohlo vyřešit problém, který vyvstal z dat naměřených Planckovým teleskopem, když přesně změřil výkyvy teploty vesmírného mikrovlnného pozadí, považované za "echo" počátečního velkého třesku. Měřením těchto výkyvů vědci byli schopni vypočítat základní kosmologické parametry krátce po vzniku vesmíru, kdy mu bylo jen asi 300 000 let (myšleno po Big Bangu). Objevil se ale problém s interpretací naměřených dat a především s Hubbleovou konstantou.

Nesrovnalosti v kosmologii raného vesmíru a toho dnešního se dají vysvětlit snížením podílu temné hmoty. Lze tak spočítat, kolik temné hmoty mohlo být ztraceno (o nestabilní složku). To také znamená, že se lze zabývat tím, jak rychle se to nestabilní část se rozpadá a říci, zda temná hmota je stále rozpadá. Kredit: MIPT
Nesrovnalosti v kosmologii raného vesmíru a toho dnešního se dají vysvětlit snížením podílu temné hmoty. Lze tak spočítat, kolik temné hmoty mohlo být ztraceno (o nestabilní složku). To také znamená, že se lze zabývat tím, jak rychle se to nestabilní část se rozpadá a říci, zda temná hmota se stále rozpadá. Kredit: MIPT

 

Přímo změřená rychlost expanze galaxií v nynějším vesmíru, se ukázala být jiná. Ke zmíněné konstantě kdysi dospěl astrofyzik Hubble. Bylo to ve dvacátých letech minulého století při měření rychlosti vzdalování spirálních galaxií pomocí rudého posuvu spektrálních čar. Sestrojil diagram, který ukázal naprosto jednoznačně lineární vztah obou veličin, tedy rychlosti vzdalování galaxií a jejich vzdálenosti. Na jeho počest se tomuto objevu říká Hubbleův zákon (někdy Hubbleův vztah) a konstantě úměrnosti, kterou se řídí, Hubbleova konstanta. Ta měla mít zhruba 500 (km/s)/Mpc.

Novější poznatky její hodnotu ale neustále snižují. Podle posledního měření z roku 2013 provedené sondou Planck, by měla mít hodnotu už jen 67,15 ± 1.2 (km/s)/Mpc, a po přepočtu dat 73,2 (km/s)/Mpc, nicméně to je stále o mnoho méně, než se původně předpokládalo.

 

Planck teleskop (Kredit: ESA/D. Ducros)
Planck teleskop (Kredit: ESA/D. Ducros)

Jak nyní autoři popisují, na Hubbleovu konstantu popisující rychlost rozpínání vesmíru, nesedí parametr počtu galaxií v klastrech a rozdíly jsou podstatně větší, než aby šlo o chyby měření. Z toho vyvozují, že buďto jde o nějakou neznámou chybu, kterou ale astronomové nepředpokládají, nebo by pak muselo být složení prvotního vesmíru značně jiné, než jaké jsme předpokládali a jaké je dnes. Zmíněný rozpor lze smazat jimi navrhovanou představou rozpadající se temné hmoty (DDM hypotéza). Laicky řečeno, raný vesmír měl hodně temné hmoty, ale nějak nám jí část ztrouchnivěla a rozpadla se.

 

Igor I. Tkachev, astrofyzik INR spoluautor studie
Igor I. Tkachev, astrofyzik INR spoluautor studie

Nejde o nikterak složitou představu. Předpokládá, že temná hmota se skládá z několika složek, podobně jako je tomu u „obyčejné" hmoty, kterou tvoří protony, elektrony, neutrony, neutrina a fotony, ale s tím, že jedna ze složek temné hmoty je z nestabilní částice s poměrně dlouhou životností. V takovém případě by pak stovky tisíc let po Velkém třesku (v době vzniku vodíku), tedy v raném vesmíru, bylo hmoty víc, ale miliardy let poté (tedy dnes), jsou již některé z těchto částic rozpadlé a převtělené do neutrin, nebo hypotetických relativistických částic. V takovém případě by pak přístroje naměřili právě to, co nyní naměřily - že totiž množství temné hmoty v éře tvorby vodíku a dnes (v dalekém vesmíru a tom blízkém) se rozchází.

 

Koncentrace nestabilní složky temné hmoty F ve vztahu k rychlosti expanze ne-gravitačně vázaných objektů (proporcionálně ke stáří vesmíru), jak vyplynula z různých kombinací dat z Planckova teleskopu pro několik různých kosmických jevů. (Kredit: MIPT)
Koncentrace nestabilní složky temné hmoty F ve vztahu k rychlosti expanze ne-gravitačně vázaných objektů (proporcionálně ke stáří vesmíru), jak vyplynula z různých kombinací dat z Planckova teleskopu pro několik různých kosmických jevů. (Kredit: MIPT)

Autoři studie svou představu podpírají analýzou dat získaných Planckovým teleskopem. Když porovnávali jejich konzistenci s jejich DDM modelem (decaying dark matter) počítajícím s rozpadající se  temnou hmotou ve vesmíru a standardním  modelem Λ CDM (Lambda-studenou temnou hmotou), který pracuje se stabilní temnou hmotou s větší klidovou hmotností, zprostředkovanou dosud neobjevenými slabě interagujícími hmotnými částicemi. Vyšlo jim, že jimi propagovaný DDM model (prošustrované temné hmoty) je s naměřenými daty v mnohem větším souladu. Nicméně i u něj je zádrhel. A sice v podobě efektu gravitační čočky, která vesmírné mikrovlnné záření na pozadí gravitačního pole zkresluje. Výrazně tak snižuje podíl rozkládající se temné hmoty. Igor I. Tkachev poznatky jejich týmu uzavírá slovy: "V dnešním vesmíru je o 5 procent méně temné hmoty než v době rekombinace. Nyní ještě nejsme schopni říci, jak rychle se její nestabilní část rozkládala a rozkládá. Temná hmota se i dnes může stále rozpadat, ale to už by chtělo ještě složitější model stavby vesmíru, než o jakém jsme dosud uvažovali".


Literatura

A. Chudaykin, D. Gorbunov, Igor. I. Tkachev.: Dark matter component decaying after recombination: Lensing constraints with Planck data. Physical Review D (2016). DOI: 10.1103/PhysRevD.94.023528

 


Přednáška Vadimíra Wagnera  (2014)

 

Přednáška Petra Kulhánka na téma Temná energie a temná hmota z roku 2014  ZDE.

Datum: 30.12.2016
Tisk článku

Jak jsem svým vnoučatům vyprávěl o vesmíru - Reeves Hubert
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 199 Kč
cena: 177 Kč
Jak jsem svým vnoučatům vyprávěl o vesmíru
Reeves Hubert
Související články:

100 metrů v podzemí aneb výprava do CERNu a letošní Nobelova cena     Autor: Vladimír Pecha (25.10.2013)
Co všechno již víme o temné hmotě?     Autor: Vladimír Wagner (20.01.2014)
Pozoruje spektrometr AMS produkty částic temné hmoty?     Autor: Vladimír Wagner (28.09.2014)
Co nám řeklo pozorování antiprotonů pomocí zařízení AMS o temné hmotě?     Autor: Vladimír Wagner (13.07.2015)
Anihiluje nám temná hmota v centru Mléčné dráhy?     Autor: Stanislav Mihulka (29.03.2016)
Temná hmota: Horká anebo studená?     Autor: Stanislav Mihulka (04.09.2016)
Vysvětlí temnou hmotu nová teorie gravitace?     Autor: Stanislav Mihulka (10.11.2016)
Podezřelá interakce s temnou hmotou v trpasličích spirálních galaxiích     Autor: Stanislav Mihulka (16.12.2016)



Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace