Temná hmota mohla vzniknout na počátku Velkého třesku, leccos by to vysvětlovalo

TLDR verze: Temná hmota, která vznikla na počátku inflace, nikoliv jejím konci, by mohla řešit kosmologickou záhadu. Takovouto verzi temné hmoty bychom totiž snad našli snáz. Studie tu.

Příliš temná hmota

Zapomeňte na černé díry. Až temná hmota je jedním z velkých témat moderní fyziky & vědeckých vtipů. Jenom tak jednou za generaci se totiž stane, že se vyplácnou miliardy na hledání kosmologického ekvivalentu zakletého prdu v lucerně. Věci, kterou nevidíme, ale mohli bychom ji měřit minimálně skrze žár grantových financí. A přesto je to nezbytné – bez temné hmoty se totiž teorie neobejdou. Ostatně, předtím se finance jako koťata topily zase během lovu na Higgsův bosonem – ono to poznání občas zkrátka trvá. A čas jsou peníze. A čičiny.

Problém s temnou hmotou je, že její existenci kosmologie vyloženě potřebuje. Neumíme jinak vysvětlit pozorovanou rychlost rotace galaxií. Zároveň ji nikde nevidíme. Celé je to trochu jako kdybychom viděli na zemi stín obra, ale mezi námi a sluncem jsme nic nepozorovali. Pokud nechceme úplně zbořit kosmologii (třeba začít spekulovat, že gravitace není všude stejná), bez temné hmoty se neobejdeme. Hledání teoreticky predikovaných částic temné hmoty však doposud neuspělo. Kosmologové si sice leccos slibují od nové generace detektorů a teleskopů, nicméně jistotu desetinásobku nikdo nemá.

Krizi však není třeba vnímat jenom jako problém, ale i příležitost! Nové teoretické práce, které vysvětlují temnou hmotu tak či onak, proto bují příčně i podílně. Nedávno se třeba objevila jedna, která skoro temnou hmotu vysvětlila s pomocí hypotézy, podle níž má foton velmi malou hmotnost. Nakonec sice v dané teorii neseděly jiné věci (třeba to, že by galaxie musely mít eliptické tvary), ale kreativita se cení. Nyní přišla další teorie, která nejspíše nebude úplně platná, může však podobně napomoct přijít temné hmotě na kloub!

A podobně jako v případě „fotonů s hmotností“ i tentokrát lze vše pěkně zkratkovitě shrnout do jediné fráze – „co když temná hmota vznikla ještě před Velkým třeskem„? Což zní skoro jako idea nějakých šílených vědátorů z animovaných seriálů…

Četli jste to jeho hlasem, a kdo ne, nemá srdce (nebo sluch). Stroj: FOX/Comedy Central

Slepice nebo vejce

Už to je samozřejmě jisté zjednodušení. Před Velkým třeskem (alespoň mimo exotické hypotézy) čas nebyl, takže nemůže jít o „dobu před tím“. Mluví však o vzniku částic temné hmoty velmi krátce po počátku procesu, kterému říkáme Velký třesk. Čili pořád před tím, než Velký třesk porodil vesmír. Dosavadní hlavní teoretický kandidát na temnou hmotu, tedy slabě interakující částice WIMPS, oproti tomu, dle teorií vznikly až na konci Velkého třesku.

Práce Tommiho Tenkanena z Johns Hopkins University si namísto toho představil jinou možnost – skalární částice vniknuvší v prvním fragmentu okamžiku, kdy započala inflace Velkého třesku. Tedy okamžik, při němž se původní singularita zvětšila na rozměry kosmu. Skalární pole se během toho nafoukly do vesmírných rozměrů a zůstaly na svém původním místě.  Tím vytvořily prakticky podobnou strukturu „průhledných“, pramálo interakujících částic, které napomohly formovat viditelnou hmotu. Rozdíl je však nejen v posloupnosti (WIMPS měly vzniknout na konci inflace), ale i v tom, že Tenkanenem predikované částice mají marginálně odlišné vlastnosti oproti částicím WIMPS.

 

Výsledná teorie je jednak elegantnější, a jednak dává jistou možnost snadnější testovatelnosti. Hypotéza sedí jako zadek na hrnec stačím pozorováním i novějšími tezemi, které vymezují temné hmotě její mantinely. Práce navíc ale také predikuje specifický „otisk“, které temná částice na podobě vesmíru zanechala. Mluví tedy o možnosti onen otisk najít (či nenajít) a tak potvrdit (či vyvrátit).

Temná hmota by totiž mohla mít tvar podobný třeba reliktnímu záření, skrze nějž se Velký třesk a dávná podoba raného kosmu „otiskl“ do všeobecné podoby mikrovlnného pozadí vesmíru. Tenkanenovu tezi by tak možná mohly ověřit kosmické teleskopy již v příští dekádě skrze hledání jakéhosi temnohmotového ekvivalentu reliktního záření! Temnou hmotu bychom tak konečně mohli mít černou na, ehm, bílém!


Doufám, že vám teď kontextová reklama neprodává toaletní papír.

Legenda pokračuje

Znamená to, že mají fyzikové hotovo, dvacet, a můžou si odpíchnout šichtu s hledáním temné hmoty? To samozřejmě těžko. Aktuální studie je tradičně jenom jednou z bamblionu potenciálních možností. Bylo by milé, kdybych za pět let napsal článek o tom, že nová pozorování potvrzují Tenkanenovy teze a budou se udílet Nobelovky. Dost pravděpodobněji však o téhle studii už neuslyšíme, protože se buďto testovatelnost ukáže být složitější, anebo nedopadne dobře. 

Nicméně, i o tom věda je. Nynější snaha najít elegantnější řešení temné hmoty je vzdor malé šanci na úspěch rozhodně chválihodná. Těžko se dostaneme dále, pokud budeme nad soustavnými neúspěchy v hledání WIMPS jenom bečet na rameni barmana. I kdyby skalární částice nebyly řešením temné hmoty, možná se jich chopí nějaký jiný fyzik, kterého Tenkanenovy teze přimějí k ještě elegantnějšímu řešení

Nebylo by to poprvé. Dnes samozřejmě za objev relativity vděčíme Albertovi Einsteinovic, ale faktem je, že k jeho závěrům spěli i jiné fyzikové a Albie spíše položil poslední cihlu na stavení budované dělníky z předešlých prací. A bylo by fakt zvláštní, kdybychom dnes na jádro toho, co proboha tvoří majoritu hmoty vesmíru, přišli snáze a rychleji!

[LL]

Hledání nových částic je zkrátka řehole. Tady jsem o něm pokecal s fyzikem z CERNu:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze