Článek
1. Co je temná hmota?
Temná hmota je hypotetická forma hmoty, která nevyzařuje, nepohlcuje ani neodráží elektromagnetické záření – tedy světlo. Proto ji nelze detekovat běžnými dalekohledy. Víme o ní pouze nepřímo: ovlivňuje gravitačně pohyb hvězd, galaxií a strukturu celého vesmíru.
Podle současných modelů tvoří:
- ~27 % vesmíru temná hmota
- ~68 % temná energie
- ~5 % běžná (baryonová) hmota, tedy to, co můžeme pozorovat
2. Důkazy o existenci temné hmoty
a) Rotační křivky galaxií
Ve 70. letech Vera Rubin zjistila, že hvězdy na okraji spirálních galaxií se pohybují stejnou rychlostí jako ty blíže středu – v rozporu s Newtonovou fyzikou, pokud bychom brali v úvahu pouze viditelnou hmotu. Neviditelná hmota (temná hmota) zřejmě zajišťuje potřebnou gravitaci.
b) Gravitační čočky
Silná gravitace masivních objektů (např. galaktických kup) zakřivuje dráhu světla vzdálených objektů. Odchylky ve velikosti a rozložení efektu ukazují na přítomnost „neviditelné“ hmoty.
c) Kosmické mikrovlnné záření
Mapa reliktního záření (CMB) po Velkém třesku ukazuje drobné anizotropie. Ty odpovídají přítomnosti neviditelné hmoty, která ovlivnila vznik struktur ve vesmíru.
d) Srážky galaktických kup (např. Bullet Cluster)
Pozorování srážky dvou galaxií ukázalo, že plyny (viditelná hmota) zpomalily kvůli odporu, ale gravitační pole zůstalo jinde – právě tam, kde byla detekována temná hmota.
3. Co temná hmota (nejspíš) není
- Nejsou to planety, hvězdy ani černé díry, protože ty by bylo možné detekovat.
- Není tvořena baryony – neutrina ani běžné atomy nevysvětlují pozorovaný efekt.
- Není to temná energie, která je odlišným jevem – odpovědným za zrychlenou expanzi vesmíru.
4. Možné kandidáty temné hmoty
a) WIMPy (Weakly Interacting Massive Particles)
Hypotetické částice, které interagují pouze gravitačně a slabou jadernou silou. Hledají se v hlubinných detektorech (např. XENON1T).
b) Axiony
Lehké, elektricky neutrální částice předpovězené v 70. letech. Měly by slabě interagovat s elektromagnetickým polem a lze je detekovat v experimentu ADMX.
c) Sterilní neutrina
Typ neutrina, které by interagovalo pouze gravitačně. Tvořila by tzv. „teplou temnou hmotu“ a mohla by vysvětlit některé astrofyzikální jevy.
d) MACHO objekty
Masivní kompaktní objekty jako hnědí trpaslíci nebo černé díry. Dříve zvažované, ale dnes spíše vyloučené jako dominantní zdroj.
5. Metody detekce
- Přímá detekce: hledání částic temné hmoty při jejich srážkách s běžnou hmotou ve velmi citlivých detektorech v podzemí.
- Nepřímá detekce: sledování produktů anihilace nebo rozpadu částic temné hmoty (např. gama záření, pozitrony).
- Srážky částic: např. v LHC (Large Hadron Collider) se vědci snaží vytvořit a identifikovat částice, které by mohly být součástí temné hmoty.
6. Alternativní teorie
Někteří fyzici zpochybňují existenci temné hmoty jako takové a navrhují změnu samotných fyzikálních zákonů:
- MOND (Modified Newtonian Dynamics): navrhuje úpravu gravitačního zákona na velké vzdálenosti.
- Teorie f(R), emergentní gravitace: další modely upravující Einsteinovu obecnou relativitu.
7. Budoucnost výzkumu
Ve 30. letech 21. století bude spuštěn nový detektor LUX-ZEPLIN, družice Euclid (ESA) a teleskopy jako Vera Rubin Observatory. Věda je na prahu zásadního objevu: Buď temnou hmotu detekujeme, nebo budeme muset přepsat zákony gravitace.
Závěr
Temná hmota je jednou z největších hádanek moderní fyziky. Přestože ji přímo nevidíme, její vliv je patrný ve všech měřítkách od galaxií po celý vesmír. Pokud ji dokážeme pochopit, možná nejen že odhalíme nový druh částic, ale také přijdeme na hlubší zákonitosti, které řídí celý kosmos.
