Temná hmota, neviditeľný materiál, ktorý tvorí prevažnú väčšinu hmoty vesmíru, sa môže zostaviť do atómov, ukazujú nové simulácie. Tieto „temné atómy“ môžu radikálne zmeniť vývoj galaxií a vznik hviezd, čo dáva astronómom novú príležitosť pochopiť túto záhadnú látku.
Temná hmota tvorí viac ako 80 % hmotnosti každej galaxie a kopy galaxií vo vesmíre. Všetky naše pozorovania naznačujú, že temná hmota je nejaký nový druh častíc, ktoré neinteragujú s bežnou hmotou ani so svetlom. Temnú hmotu môžeme identifikovať iba prostredníctvom jej gravitačnej interakcie so všetkým ostatným. Čokoľvek je temná hmota, je mimo nášho moderného chápania fyziky. Ale stále má hmotnosť, a teda aj gravitáciu.
Zatiaľ nevieme, či je temná hmota jednoduchá alebo zložitá. Môže pozostávať iba z jedného typu častice, ktorá dominuje vesmíru a sotva interaguje ani sama so sebou. Alebo môže pozostávať z niekoľkých typov častíc s rovnakou bohatou rozmanitosťou, akú vidíme v bežnej hmote. Okrem toho poznáme iba štyri základné prírodné sily: gravitáciu, elektromagnetizmus, silnú jadrovú interakciu a slabú jadrovú interakciu. Ale môžu existovať ďalšie sily, ktoré pôsobia iba medzi časticami temnej hmoty a vôbec neovplyvňujú normálnu hmotu.
Koncepcia dodatočných častíc temnej hmoty a temných síl nie je taká pritiahnutá, ako by sa mohlo zdať. Naše chápanie fyziky je postavené na symetriách, čo sú hlboké matematické vzťahy medzi časticami. Je možné, že v prírodných zákonoch existujú ďalšie symetrie, ktoré robia temnú hmotu náprotivkom normálnej hmoty, a že pre každý druh interakcie, do ktorého sa môže normálna hmota zapojiť, existuje náprotivok v temnom sektore.
Napríklad z bežnej hmoty môžeme postaviť jednoduché atómy: protón a elektrón, navzájom spojené s fotónom, nositeľom elektromagnetickej sily, ktorý sprostredkúva interakciu. Môžeme mať aj verziu rovnakej štruktúry temnej hmoty s tmavým protónom viazaným na tmavé elektróny tmavými fotónmi: temné atómy.
Atómová temná hmota by sa správala oveľa inak ako temná hmota pozostávajúca len z jednej častice. Najdôležitejšie je, že pre jednoduchú temnú hmotu by bolo veľmi ťažké zhlukovať sa a robilo by to pomaly, v priebehu stoviek miliónov rokov. Obyčajná hmota sa zhromažďuje v týchto hladkých zhlukoch tmavej hmoty a vytvára galaxie, ale inak vedú oddelené životy. Atómová temná hmota však môže vytvárať svoje vlastné tieňové galaxie - diskovité štruktúry, ktoré napodobňujú veľkosť a umiestnenie viditeľných galaxií.
Tím astrofyzikov využil túto zaujímavú možnosť na modelovanie vývoja galaxií a na zistenie, aké pozorované rozdiely môžu vzniknúť. Dovolili, aby sa atómová temná hmota vyvíjala podľa jej vlastných síl a potom skúmali, ako tieto nové štruktúry ovplyvnia viditeľné galaxie prostredníctvom novej organizácie gravitácie. V apríli zverejnili svoje výsledky v online predtlačovej databáze arxiv.
Vedci zistili, že aj malé množstvo atómovej temnej hmoty – iba 6 % všetkej temnej hmoty vo vesmíre, bez zvyšku – stačí na radikálnu zmenu vývoja galaxií. Pretože atómová temná hmota je schopná interakcie, môže ľahko kondenzovať a strácať energiu prostredníctvom emisie nejakej formy tmavého žiarenia. Simulácie ukázali, že vo vnútri každej galaxie sa rýchlo objaví „tmavý disk“, ktorého rotácia sa presne zhoduje s rotáciou viditeľných, normálnych zložiek.
Odtiaľ pokračovala kondenzácia atómovej temnej hmoty, rovnako ako normálny plyn kondenzuje do oblakov a nakoniec hviezd. V simulácii atómová temná hmota vytvorila svoje vlastné tmavé hviezdy a mohla dokonca spôsobiť vznik vlastných čiernych dier. Tieto zhluky sa potom ponorili do galaktického jadra, kde sa zvýšila hustota.
Kvôli tejto extra gravitácii sa tvorba hviezd v jadrách galaxií zrýchľuje a hviezdy vznikajú oveľa rýchlejšie ako galaxie s jednoduchou temnou hmotou. Tieto simulácie v skutočnosti vylúčili niektoré modely atómovej tmavej hmoty, pretože tieto modely spôsobili, že ich galaxiám príliš rýchlo došiel nový materiál na tvorbu hviezd.
Niektoré modely však prežili súčasné limity pozorovaní, čo umožňuje ďalšiu možnosť existencie atómovej temnej hmoty. Vedci dúfajú, že ďalšie teoretické a experimentálne štúdie objasnia vierohodnosť tejto zaujímavej formy exotickej hmoty. Napríklad, pretože atómová temná hmota kondenzuje tak efektívne, môžeme byť schopní odhaliť husté hviezdne zhluky pomocou budúcich gravitačných štúdií mikrošošoviek pomocou vesmírneho teleskopu NASA Nancy Grace v Ríme.
Prečítajte si tiež: