Temná hmota, neviditelný materiál, který tvoří drtivou většinu hmoty vesmíru, se může skládat do atomů, ukazují nové simulace. Tyto „temné atomy“ mohou radikálně změnit vývoj galaxií a formování hvězd, což astronomům dává novou příležitost pochopit tuto záhadnou látku.
Temná hmota tvoří více než 80 % hmotnosti každé galaxie a kupy galaxií ve vesmíru. Všechna naše pozorování naznačují, že temná hmota je nějaký nový druh částice, která neinteraguje s běžnou hmotou a dokonce ani se světlem. Temnou hmotu můžeme identifikovat pouze prostřednictvím její gravitační interakce se vším ostatním. Ať už je temná hmota jakákoli, je mimo naše moderní chápání fyziky. Ale stále má hmotnost, a tedy gravitaci.
Zatím nevíme, zda je temná hmota jednoduchá nebo složitá. Může se skládat pouze z jednoho typu částice, která dominuje vesmíru a sotva interaguje sama se sebou. Nebo se může skládat z několika typů částic se stejně bohatou rozmanitostí, jakou vidíme v běžné hmotě. Kromě toho známe pouze čtyři základní přírodní síly: gravitaci, elektromagnetismus, silnou jadernou interakci a slabou jadernou interakci. Ale mohou existovat další síly, které působí pouze mezi částicemi temné hmoty a normální hmotu vůbec neovlivňují.
Koncept dalších částic temné hmoty a temných sil není tak přitažený za vlasy, jak by se mohlo zdát. Naše chápání fyziky je založeno na symetriích, což jsou hluboké matematické vztahy mezi částicemi. Je možné, že v přírodních zákonech existují další symetrie, které činí temnou hmotu protějškem normální hmoty, a že pro každý druh interakce, do kterého se může normální hmota zapojit, existuje protějšek v temném sektoru.
Například z obyčejné hmoty můžeme postavit jednoduché atomy: proton a elektron, vzájemně spojené, s fotonem, nositelem elektromagnetické síly, který zprostředkovává interakci. Můžeme mít také verzi stejné struktury temné hmoty s tmavým protonem navázaným na tmavé elektrony tmavými fotony: temné atomy.
Atomová temná hmota by se chovala mnohem jinak než temná hmota skládající se pouze z jedné částice. A co je nejdůležitější, pro jednoduchou temnou hmotu by bylo velmi obtížné se shlukovat a dělalo by to pomalu, v průběhu stovek milionů let. Obyčejná hmota se shromažďuje v těchto hladkých shlucích temné hmoty a vytváří galaxie, ale jinak vedou oddělené životy. Atomová temná hmota však může tvořit své vlastní stínové galaxie – diskovité struktury, které napodobují velikost a umístění viditelných galaxií.
Tým astrofyziků využil této zajímavé možnosti k modelování vývoje galaxií a zjištění, jaké pozorované rozdíly mohou vzniknout. Dovolili atomové temné hmotě vyvíjet se podle jejích vlastních sil a poté zkoumali, jak tyto nové struktury ovlivní viditelné galaxie prostřednictvím nové organizace gravitace. Své výsledky zveřejnili v dubnu v online předtiskové databázi arXiv.
Vědci zjistili, že i malé množství atomové temné hmoty – pouhých 6 % veškeré temné hmoty ve vesmíru, bez započtení zbytku – stačí k radikální změně vývoje galaxií. Vzhledem k tomu, že atomová temná hmota je schopna interakce, může snadno kondenzovat a ztrácet energii prostřednictvím emise nějaké formy tmavého záření. Simulace ukázaly, že uvnitř každé galaxie se rychle objeví „temný disk“, jehož rotace úzce odpovídá rotaci viditelných, normálních složek.
Odtud atomová temná hmota pokračovala v kondenzaci, stejně jako normální plyn kondenzuje do mraků a nakonec do hvězd. V simulaci atomová temná hmota vytvořila své vlastní temné hvězdy a mohla dokonce způsobit vznik vlastních černých děr. Tyto shluky se poté ponořily do galaktického jádra, kde se zvýšila hustota.
Kvůli této extra gravitaci se urychluje tvorba hvězd v jádrech galaxií a vznikají hvězdy mnohem rychleji než galaxie s jednoduchou temnou hmotou. Tyto simulace ve skutečnosti vyloučily některé modely atomové temné hmoty, protože tyto modely způsobily, že jejich galaxiím příliš rychle došel nový hvězdotvorný materiál.
Některé modely však přežily současné limity pozorování, což umožňuje další možnost existence atomové temné hmoty. Vědci doufají, že další teoretické a experimentální studie objasní věrohodnost této zajímavé formy exotické hmoty. Například, protože atomová temná hmota kondenzuje tak efektivně, můžeme být schopni detekovat husté shluky podobné hvězdám pomocí budoucích studií gravitačních mikročoček pomocí kosmického dalekohledu NASA Nancy Grace Space Telescope v Římě.
Přečtěte si také: