Kozmické lepidlo a motor vesmíru: Vedci si lámu hlavu nad 2 najväčšími záhadami, ktoré formujú našu realitu

Temná hmota je druh hmoty, ktorú nemožno priamo pozorovať. Nevydáva svetlo ani žiadne iné žiarenie, a preto ju nevidíme teleskopmi. Vedci však vedia, že existuje, pretože ovplyvňuje pohyb galaxií a rozloženie hmoty vo vesmíre. Bez jej prítomnosti by sa galaxie rozpadli, otáčali by sa príliš rýchlo na to, aby ich udržala len viditeľná hmota. Uvádza to štúdia Cornellovej University.

Aj keď temnú hmotu zatiaľ nikto priamo nezachytil, jej gravitačné účinky sú jasne merateľné. Podľa súčasných odhadov tvorí temná hmota asi 27% celkovej hmoty a energie vesmíru. Pre porovnanie – všetko, čo vidíme (hviezdy, planéty, plyn, prach) tvorí približne len 5%.

O existencii temnej hmoty prvýkrát referoval už v roku 1933 švajčiarsko-americký astronóm Fritz Zwicky, ktorý zistil nezrovnalosti pri štúdiu rotácie galaxií. Ak by v galaxiách existovala iba hmota, ktorú dokážeme priamo pozorovať, hviezdy by sa pri obiehaní okolo stredu galaxie spomaľovali podobne, ako sa spomaľujú planéty, keď sa vzďaľujú od Slnka. Tento rozdiel sa vysvetľuje prítomnosťou temnej hmoty.

Typ tejto hmoty nevykonáva žiadnu interakciu so svetlom ani iným žiarením, nevydáva ho, neodráža, ani nepohlcuje. Nevytvára žiadne chemické väzby a nepôsobia na ňu žiadne elektromagnetické polia.

Detektory temnej hmoty – prečo ich máme a ako fungujú

Temná hmota je pre nás neviditeľná a s ničím nekomunikuje. Je ako plachý duch, ktorého sa vedci snažia chytiť špeciálnymi „pascami“. Vedci využívajú 3 hlavné spôsoby a detektory, ktorými hľadajú túto vzácnu hmotu. Väčšinu skúmania robia pod zemou z toho dôvodu, že hornina a veľká hĺbka blokujú väčšinu „nežiaduceho šumu“, akými sú kozmické častice. Takto prístroje dokážu zaznamenať tie najslabšie signály bez rušenia.

Priama detekcia (pasce pod zemou)

Vedci stavajú veľké, veľmi citlivé prístroje hlboko v podzemí a čakajú, či častica temnej hmoty náhodou narazí do atómu v prístroji. Tieto zachytávače sú často nádrže s tekutým xenónom, ktoré dokážu zaznamenať aj drobný záblesk svetla, tepla alebo elektrického impulzu pri náraze.

Nepriama detekcia (pozerajú sa do vesmíru)

Pozorujú vesmír (gama teleskopy, detektory kozmických častíc, neutrínové observatóriá) a hľadajú „stopy“ po tom, že by sa častice temnej hmoty zrážali alebo rozpadali – napr. neobvyklé množstvá gama žiarenia, neutrína alebo antiprotónov. Ak také signály nájdu a nedajú sa vysvetliť inak, môžu to byť stopy po temnej hmote.

Kolízne (vytváranie v urýchľovači)

V obrovských urýchľovačoch, ako Veľký hadrónový urýchľovač (LHC) v CERN, vedci zrážajú častice pri vysokých energiách a hľadajú situácie, kde „chýba“ energia – to by znamenalo, že sa vytvorila neutrálna častica, ktorá z detektora ušla (možný kandidát temnej hmoty).

Žiaľ, interakcie temnej hmoty sú veľmi zriedkavé, takže je ťažké nájsť signál medzi množstvom prirodzeného pozadia. Niekedy sú pozorované „stopky“ ťažko odlíšiteľné od bežných astrofyzikálnych javov.

Skrytá energia okolo nás

Temná hmota ale nie je jediná vec, ktorá vedcom láme hlavy. Temná energia je vo svete kozmológie jedna z najväčších záhad. Je to niečo, čo nevidíme, necítime, no jej účinok cíti celý vesmír. Zaviedli ju vedci, aby vysvetlili, prečo sa vesmír nielen rozširuje, ale rozširuje stále rýchlejšie.

Opisujeme ju ako hypotetickú formu energie, ktorá pôsobí opačne ako gravitácia a namiesto priťahovania vesmír rozširuje. Podľa súčasných odhadov tvorí asi okolo 68-70 % všetkej energie a hmoty vo vesmíre. Zaujímavé na nej je aj to, že nevytvára žiadne štruktúry a neobklopuje galaxie.

Ako prišla myšlienka temnej energie

V 90. rokoch 20. storočia dve nezávislé skupiny astronómov sledovali supernovy typu Ia (výbuchy hviezd, ktoré majú veľmi predvídateľnú svietivosť, poznámka redakcie). Ide o Supernova Cosmology Project vedený Saulom Perlmutterom (Lawrence Berkeley National Laboratory, USA) a High-z Supernova Search Team vedený Brianom Schmidtom.

Zistili, že tie vzdialené sú slabšie, než by mali byť, čo znamenalo, že sa vzdialenosti v čase zväčšili viac, než sa očakávalo. To ich presvedčilo, že expanzia vesmíru sa zrýchľuje. Tento objav bol prekvapujúci, lebo dovtedy sa predpokladalo, že gravitácia spomaľuje expanziu.

Ako funguje temná energia

Predstav si, že sám priestor má istú energiu. Aj keď sa zdá prázdny, je v ňom niečo, čo vytvára silu tlačiacu na vonkajšok. Jeden z najznámejších modelov je kozmologická konštanta, ktorú pôvodne zaviedol Einstein. V tomto modeli je energia temnej energie konštantná v čase a priestore. Iná hypotéza je kvintesencia – temná energia je pole, ktoré sa môže meniť v priestore a v čase. Vedci neustále skúmajú či temná energia je naozaj konštantná, alebo či slabne a či mení svoje vlastnosti v priebehu času.

Temná energia ovplyvňuje osud vesmíru – ak bude pôsobiť nekonečne, galaxie sa budú vzďaľovať stále rýchlejšie, až budú pozorovateľne úplne vzdialené. Napomáha vysvetliť, prečo vesmír vyzerá, ako vyzerá. Ak by temná energia chýbala, štruktúry by sa vyvíjali inak, možno by vznikalo menej galaxií či hviezd. Je to výzva pre fyziku – odhalenie temnej energie by znamenalo nový krok v chápaní základov vesmíru.

Ako skúmame temnú energiu

Temné energetické prieskumy (Dark Energy Survey – DES) – sú rozsiahly astronomický projekt merajúci pohyby galaxií, štruktúru vesmíru a supernovy. Satelit Euclid (ESA) – v roku 2023 bola spustená misia, ktorá mapuje vesmír vo väčšom rozsahu, aby zistila presné vlastnosti temnej energie. Taktiež sa sledujú najnovšie nálezy, napríklad projekt DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) naznačil, že temná energia môže slabnúť v priebehu času, čo môže oslabiť presvedčenie, že je konštantná.

Nevieme presne, čo temná energia je. Či je to len energia priestoru, pole, nová sila, alebo niečo úplne iné. Ak je variabilná a mení sa v priebehu času, vnesie to do kozmológie novú zložitosť. Nové pozorovania smerujú k tomu, že temná energia možno slabne, čo by mohlo prepisovať naše predstavy o budúcnosti vesmíru.

Čítaj viac z kategórie: Veda a vesmír