TLDR: Zachytili jsme signál přesně odpovídající anihilaci WIMPů, teoretických částic temné hmoty. Studie tuna.
Temná hmota je od fyziků dakový dacanský dar – na jednu stranu jde o něco, „co musí existovat, protože jinak by se nám vesmír rozpadl“; na stranu druhou ale to, že temná jak myšlenky ve 2 ráno, zároveň znamená, že se blbě detekuje…
Temnoskeptici by mohli namítat, že doposud nikdy jsme temnohmotu v detektorech neviděli – ale vzhledem k tomu, že podle teorií s naší hmotou interaguje skoro jenom gravitačně, to žel bohům není překvapivé! Možná, že tento týden se však psala historie – japonský tým teleskopem Fermi šmíroval centrum Mléčné dráhy, kde má být halo temné hmoty nejhustší… a opravdu našel signál, který přesně odpovídá očekávané anihilaci částic temnohmoty!
„Temná hmota je blbost, je to jen teoretická smyšlenina něčeho, co očima nevidíme…”
Nevidíme ani bakterie, magnetické pole nebo elektrony – ale jen relativně málo lidí si myslí, že bakterky neexistují, magnety jsou konspirace a v nitru telefonu se ukrývají skřítci… Jasně, temnohmota byla navržena jako řešení toho, že galaxie rotují způsobem, jako kdyby kolem nich bylo mnohem, MNOHEM více hmoty, než kolik ji vidíme. Ale takhle se zrodila řada teorií později prokázaných jevů!
A u temné hmoty jasně vidíme mnohé jiné nepřímé projevy – třeba to, jak „neviditelná” hmota deformují světlo galaxií! Kdyby temnohmota neexistovala, vysvětlovalo by se to dost blbě. Ačkoliv existuje pár alternativních vysvětlení – třeba, že gravitace na velkých škálách funguje jinak, než na škálách malých – ty mají zase jiné vlastní problémy. Takže idea, že ve vesmíru existuje kotel hmoty, která s naší hmotou interaguje jenom zřídkakdy a jenom jednou silou ze čtyř, má svou logiku…
Právě tahle absence interakce ale znamená, že se to blbě dokazuje. Detekce jednotlivých částit doposud vždy vyšly vniveč– vědátoři Tokijské univerzity na to proto šli opačně a zkusili detekovat částice v místě jejich největší hustoty: v centru galaxie!
„Není to trochu daleko?”
Pro detektor samože ano, pro teleskop nikoliv. Teorie praví, že když se dvě částice temnohmoty (v modelu WIMPs – slabě interagujících částic, které s naší hmotou interagují jen gravitačně + trošililinku občas i slabou jadernou) srazí, anihilují se a vytvoří při tom fotony gama záření. V podmínkách Země na takovou srážku má docházet zřídkakdy – a nemáme bohužel po celé planetě jeden velký detektor. Ale v místě maximální koncentrace, tedy ve středu galaxie, na to má docházet běžně…
Věřím, že jste dosud nevěděli, že japonská verze toho výrazu zní stejně jako jméno paní Rumcajsové… Zdroj: Prime, Adobe/vlastní
Vědátoři proto vzali data teleskopu, odečetli veškeré známé gama zdroje, včetně výtrysků, pulsarů i difuzního záření z disku a zbyl jim jen obraz „gama svatozáře“, která by mohla vznikat vzájemnými kolizemi WIMPů. A výsledek tvarem skutečně kopíruje predikovaný profil temné hmoty! Co víc – energie fotonů přesně odpovídá tomu, co by vzniklo při srážce a anihilaci WIMPů o hmotnosti ~500 protonů. Žádný jiný astrofyzikální proces dle autorů nevysvětluje naměřené energie stejně dobře – ačkoliv se ještě čeká na kritiky, zdali nenajdou i vysvětlení odlišné!
Kdyby si temnohmota mohla dát sama pěstí, asi by vypadala nějak takhle.
„Cool, takže budou Nobelovky?”
Švédi by s nimi asi měli ještě posečkat – fyzika už viděla mnoho skorevolucí, které pak smetla další data. Signál z centra galaxie může v dalších měřeních furt zeslabit, zmizet, nebo být vysvětlen nečekanou populací pulsarů či jiným zdrojem, který zatím nechápeme. Budeme potřebovat projít/udělat roky nových měření a ideálně zopakovat pozorování i jinými detektory, než budeme mít jasněji…
Nicméně zatím to reálně vypadá, že máme zaděláno na první přímou detekci temnohmoty, nejen šmířování jejích vedlejších projevů. A pokud signál opravdu vzniká anihilací, pak ukazuje, že WIMPy jsou reálné. To by byl největší průlom od objevu Higgsova bosonu – přitom nad WIMPy se v posledních letech spíše smrákalo, protože snaha o jejich detekci na Zemi dosud vycházela vniveč.
Kdyby se však signál Fermiho ukázal být validní, věděli bychom víc o tom, co přesně hledat – a s tím by se otevřela úplně nová generace experimentůnejen v rámci kosmických, ale i pozemních detektorů! S nimi by temnohmota konečně přestala být jen „neviditelná věc, co drží galaxii pohromadě“, a stala by se fyzikální realitou!
[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]
