Je možný život založený na temné hmotě?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Naprostá většina hmoty v našem vesmíru je neviditelná. A už nějakou dobu se fyzici snaží pochopit, co je tato nepolapitelná hmota. Pokud je vyroben z částic, je naděje, že Velký hadronový urychlovač může produkovat částici temné hmoty, nebo vesmírný dalekohled uvidí výmluvný podpis gama paprsků srážky temné hmoty. Zatím nic. A tento problém nutí teoretické fyziky přemýšlet o nových myšlenkách.

V roce 2017 se renomovaná teoretická fyzička Lisa Randall podívala na jednu z nejneuvěřitelnějších možností temné hmoty. Hypotetické, samozřejmě. Spíše než zacházet s temnou hmotou jako s konkrétním typem částic předpokládala, že temná hmota by mohla být tvořena celou rodinou částic, které tvoří temné hvězdy, temné galaxie, temné planety a možná temný život. Chemie temného vesmíru by mohla být stejně bohatá a rozmanitá jako naše vlastní „běžná chemie“. Ale ne všechno je tak jednoduché.

Problém temné hmoty

Náš vesmír je úžasné, i když nepochopitelné místo.

Během několika posledních desetiletí jsme si uvědomili, že 84,5 % hmoty ve vesmíru není vidět. Vzhledem ke své poněkud nešikovné přezdívce „temná hmota“je tato látka ve stavu, ve kterém neinteraguje s „normální“hmotou. Stejně jako temná energie jsou tyto věci „temné“, protože jim nerozumíme.

Jestli je teď na mém stole kousek temné hmoty, nikdy se o tom nedozvím. Kus temné hmoty obecně jako takový nemůže ležet na mém stole. Propadne stolem a podlaha a zemská kůra se vrhnou do gravitační studny v jádru naší planety. Nebo nepochopitelným způsobem zmizí ve vesmíru. Temná hmota interaguje s čímkoli tak slabě, že tento kousek jednoduše propadne běžnou hmotou, jako by neexistoval.

V malém měřítku je gravitační projev temné hmoty zanedbatelný, ale na kosmologické vzdálenosti je přítomnost temné hmoty rozhodně cítit – lze ji pozorovat nepřímo jejím gravitačním působením na kupy galaxií a vlivem na rotaci galaxií. Víme, že existuje, jen to nevidíme.

A my nevíme, co to je, můžeme jen hádat

Obyčejná hmota – alias baryonická hmota – interaguje prostřednictvím elektromagnetických, gravitačních, silných a slabých sil. Tyto síly přenášejí energii a dávají strukturu veškeré hmotě. Na druhou stranu temná hmota je obvykle vnímána jako amorfní oblak „hmoty“, který nemůže interagovat prostřednictvím elektromagnetických sil, slabých nebo silných. Proto se předpokládá, že temná hmota je „nebaryonická“. Nebaryonová hmota může svou přítomnost odhalit pouze gravitačně.

Vedoucím kandidátem při hledání temné hmoty je WIMP, slabě interagující masivní částice. Jak název WIMP napovídá, tato hypotetická částice neinteraguje s normální hmotou – není tedy baryonická.

Zavedené kosmologické modely předpovídají, že temná hmota – ať už ve formě WIMPů nebo „axionů“, například – dodává našemu vesmíru strukturu a je obvykle zjednodušeně nazývána „lepidlo“, které drží náš vesmír jako celek.

Při pozorování rotace galaxií si astronomka Vera Rubinová všimla, že většina hmoty v galaxiích není pozorovatelná. Viditelné je jen malé procento – hvězdy, plyn a prach; zbytek se skrývá v obrovském, ale neviditelném halu temné hmoty. Je to, jako by naše viditelná galaxie obyčejné hmoty byla pouhou kapucí na obrovském kole temné hmoty, která sahá daleko za to, co vidíme.

V nedávno publikovaném článku (2013) Randall a její kolegové představili složitější formu temné hmoty. Podle nich se halo temné hmoty naší galaxie neskládá pouze z jednoho typu amorfní hmoty nebaryonové hmoty.

„Zdá se velmi zvláštní předpokládat, že veškerá temná hmota se skládá pouze z jednoho typu částic,“píše Randall. "Nestranný vědec by neměl dovolit, aby temná hmota byla tak rozmanitá jako naše normální hmota."

Bohatý "stínový vesmír"?

Stejně jako je náš viditelný vesmír řízen Standardním modelem fyziky – dobře osvědčenou rodinou částic (včetně nechvalně známého Higgsova bosonu) a sil, mohl by bohatý a rozmanitý model částic a sil temné hmoty fungovat v temném galaktickém halo?

Tento výzkum se řídí logikou předpokladu bohaté škály neznámé fyziky v temném sektoru vesmíru – říkejme mu „stínový vesmír“– který existuje paralelně s naším vlastním a má všechny složitosti, které náš viditelný vesmír nabízí.

Astrofyzici již dříve navrhli, že "temné hvězdy" - hvězdy vyrobené z temné hmoty - mohou v našem starověkém vesmíru existovat dodnes. Pokud ano, tvrdí Randall, možná by se mohly vytvořit „temné planety“. A pokud existuje rodina částic temné hmoty ovládaná silami rozmístěnými v temném sektoru, mohlo by to vést ke vzniku složité chemie? A k životu?

Pokud však existuje „temný“nebo „stínový“život paralelně k našemu vesmíru, můžete zapomenout, že jej můžeme detekovat.

Stínový život zůstane ve stínech

Zdá se lákavé použít tuto hypotézu k vysvětlení všech každodenních záhad nebo dokonce paranormálních tvrzení, která věda nemůže zpochybnit ani podpořit. Co když jsou „duchové“nebo nevysvětlitelná „světla na obloze“dováděním temných tvorů žijících v pozadí všeho?

Zatímco tato logika by byla v pořádku pro televizní pořad nebo film, tato temná stvoření by žila ve stínu vesmíru, který je zcela neslučitelný s běžnou hmotou. Jejich částice a síly by v našem vesmíru neměly žádný vliv. Tyto řádky byste mohli číst sedět na pařezu v temném lese a nikdy byste o tom nevěděli.

Ale protože koexistujeme s tímto stínovým vesmírem ve stejném časoprostoru – bez zbytečných dimenzí nebo multivesmíru – lze přenášet pouze jeden signál.

Gravitační vlny byly objeveny teprve v roce 2016 a první detekce těchto vln v časoprostoru byla způsobena srážkou černých děr. Zdá se docela možné, že gravitační vlny lze detekovat v temném sektoru, ale na našem konci drátu lze detekovat pouze nejsilnější kosmické události v temném sektoru.

Celkově vzato, téměř jistě nikdy neprokážeme existenci roztomilých tvorů z temné hmoty, ale Randall poukazuje na důležitý bod. Když uvažujeme o zdroji temné hmoty, musíme hledět za své předsudky; temný sektor může být složitou rodinou částic temné hmoty a sil, které jsou nad rámec toho, co si dokážeme představit.