TLDR: Částice WIMP, které by měly tvořit minimálně část temné hmoty, už byly na odpis – ale nové signály z kup galaxií i experimentnu v Dakotě jim možná vrací znovu šanci. Zdroj hi a hir.

I když nevíme, co přesně temná hmota je, máme na to několik různých hypotéz! Jednou z nich jsou WIMPy – takové „částice duchů“, které se světem kolem sebe interagují skoro zcela jen gravitací…

S běžnou hmotou by se tak kamarádily asi jako střízlivý introvert na diskotéce – což by nicméně odpovídalo predikovatelným „mrakům neviditelné hmoty“ držícím galaxie pohromadě! Problém je, že takové částice je logicky svízel najít!

„Jak se dá hledat něco skoro neviditelného?“

Přímá detekce dlouo ne a ne přijít. Podzemní experimenty se snaží zachytit vzácné srážky temnohmotných částic s běžnou hmotou. Pod hlínou Jižní Dakoty od roku 2012 probíhá experiment LZ, jeden z nejcitlivějších detektorů potenciálních částic temné hmoty na světě.

I když nevíme, jaké částice temnou hmotu mohou tvořit, vědátoři samozřejmě mají své teorie. A ony teorie i říkají, co by se stalo, kdyby temná hmota – která skoro nikdy nemá na naši hmotu vliv – měla občas na naši hmotu jednou za uherskou dekádu i vliv! LZ je proto naplněný kapalným xenonem a čeká na extrémně vzácnou situaci, kdy nějaká částice temné hmoty narazí do atomového jádra xenonu a trochu ho odkopne.

A přesně něco takového se možná stalo minulý týden! V datech z experimentu se objevil jeden podezřelý signál – xenonové jádro získalo energii a odrazilo se způsobem, který vypadá zajímavě pro některé modely temné hmoty.

„Co to našli?“

Jednou z hlavních hypotéz jsou WIMPy, tedy slabě interagující masivní částice. Pokud existují, můžou námi prolétat neustále, aniž bychom si čehokoli všimli. Jen extrémně vzácně by některá mohla trefit atomové jádro. A my navíc potřebujeme, aby se tak stalo v detektoru a zároveň to šlo odlišit od jiných srážek způsobených jinými částicemi…

Pokud tenhle signál opravdu způsobila temná hmota, šlo by nejspíš o hodně těžkou částici — minimálně stovkykrát těžší než proton, možná ještě víc. Od WIMPů se přitom očekává, že by právě tuhle hmotnost mít mohly. Nicméně, my zatím nevíme, jestli to skutečně způsobila temná hmota. Statisticky je to pořád málo a studie zatím potřebuje recenzní řízení, další kontroly a hlavně další data. To ale není jediná zajímá detekce poslední doby – vzhledem k tomu, že přímé detekci to trvá (trvalo?) dlouho, zkouší i nepřímá cesta: nehledat samotné WIMPy, ale stopy toho, co by mohly dělat, když se potkají navzájem.

Jedním z alternativních způsobů je detekovat jevy odpovídající tomu, když se WIMP částice vzájemně anihilují – jenže, a možná tomu budete mít problém uvěřit, ve vesmíru se anihilují i kvanta jiných kravin. Aspoň nepřímým důkazem by proto musela být anihilace o velmi specifické energii – takové, jakou předpovídají teorie. Celé by se to navíc muselo dít na dostatečně velké škále…

„Co našel Fermi?“

Čínští vědátoři Yi-Zhong Fan a jeho kolegové při hledání těchto signálů fčil prošli přes 15 let dat z gama teleskopu Fermi-LAT a zaměřili se na 13 blízkých masivních kup galaxií, kde by temné hmoty mělo být hodně. A možná v nich něco objevili!

Identifikovali totiž ostrou čáru gama záření kolem 43 GeV – přesně typ stopy, jakou by mohla zanechávat anihilace WIMPů s WIMPy. Nejzajímavější signál přitom našli ve směrech kup v Panně, Peci a Hadonoši – tedy právě tam, kde se čekají velké koncentrace temné hmoty, a tedy i častější vzájemná anihilace. V PRL článku autoři uvádějí analýzu 15,5 roku dat Fermi-LAT a signál kolem 43 GeV ve stackingu těchto tří kup.

„Proč je gama čára tak lákavá?“

Protože vesmír obvykle nevyrábí dokonale ostré energetické podpisy jen tak z nudy. Běžné astrofyzikální zdroje – pulsary, aktivní galaxie, kosmické záření narážející do plynu – často produkují širší spektra, ne úzkou čáru na jedné energii. Pokud by se dvě částice temné hmoty anihilovaly přímo na gama fotony, mohlo by to dát právě takový relativně ostrý peak.

To je důvod, proč jsou gama čáry v temnohmotném lovu tak seksi. Sice ne, že by automaticky znamenaly, že jsme našli WIMPy, i tak jsou ale mnohem hůře zaměnitelné s běžným kosmickým bincem než obyčejný přebytek gama záření.

„Proč ještě nejásat?“

Identifikovaný ostrý energetický peak se podle autorů jinými známými astrofyzikálními procesy vysvětluje těžko, zatímco s anihilací WIMPů by si rozuměl pěkně! Ale samože je to jen první výkřik výzkumu, který není bez chybiček – signál v čase kolísal, kolem roku 2016 zeslábl a pak zase zesílil. Což je u potenciální „kosmické konstantní stopy“ trochu podezřelé!

Možná se to podaří nějak okecat, anebo jiné týmy dojdou k tomu, že zdrojem signálu může být něco mnohem přízemnějšího. WIMPy tedy čertovi z lopaty zatím určitě neutekly – ale mají nyní aspoň dílčí gama záblesk naděje!

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]