Temná hmota, záhadná látka tvořící čtvrtinu hmoty a energie vesmíru, by mohla být vyrobena z extrémně malých a lehkých částic, naznačuje nový výzkum. Tato „fuzzy“ forma temné hmoty, která se nazývala tím, že vlnové délky těchto miniaturních částic by byly roztroušeny na kolosálně obrovské ploše, by změnilo průběh kosmické historie a vytvořilo by dlouhé a choulostivé filamenty namísto neohrabaných galaxií v raném vesmíru, podle simulací.
Tato zjištění mají pozorovací důsledky - nadcházející dalekohledy se budou moci vracet zpět do tohoto raného období a potenciálně rozlišovat mezi různými typy temné hmoty, což fyzikům umožní lépe porozumět jeho vlastnostem.
Temná hmota je neznámá masivní látka nalezená v celém vesmíru. Nevydává žádné světlo - odtud název temné hmoty -, ale jeho gravitační účinky pomáhají spojovat galaktické shluky a způsobují točení hvězd na okrajích galaxií rychleji, než by jinak. Mnoho vědců věří, že většina temné hmoty je chladná, což znamená, že se pohybuje relativně pomalu. Existují však úplně jiné nápady, jako je možnost, že je malá a nejasná, což znamená, že by se pohybovala rychle, protože je tak lehká.
„Naše simulace ukazují, že první galaxie a hvězdy, které se formují, vypadají ve vesmíru s nejasnou temnou hmotou velmi odlišně než vesmír s chladnou temnou hmotou,“ Lachlan Lancaster, absolvent astrofyziky na Princetonské univerzitě a spoluautor nového článku v časopise Physical Review Letters, řekl Live Science.
Lancaster vysvětlil, že nejčastější spekulace o temné hmotě naznačují, že se skládá ze slabě interaktivních masivních částic (WIMP), které by měly několik desítek či stokrát větší hmotnost protonu. Simulace, které používají tento typ temné hmoty, jsou velmi dobré při opětovném vytváření rozsáhlé struktury vesmíru, včetně obrovských prázdných míst prázdného prostoru obklopeného dlouhými spidery filamenty plynu a prachu, formace známé jako kosmická síť. V menších měřítcích však takové modely obsahují řadu nesrovnalostí, které astronomové pozorují na svých dalekohledech. Podle tohoto standardního pohledu by se temná hmota měla hromadit ve středu galaxií, ale nikdo to neviděl.
Naopak, fuzzy temná hmota by byla podle vyjádření MIT v mysli neuvěřitelně lehká, možná miliardtina miliardtiny miliardtiny hmotnosti elektronu. Kvantová mechanika uvádí, že částice lze také považovat za vlny, s vlnovými délkami nepřímo úměrnými jejich hmotnosti, řekl Lancaster. Vlnová délka takové světelné částice by tedy byla dlouhá tisíce světelných let.
Fuzzy temná hmota by tedy měla mnohem těžší shlukování než chladná temná hmota WIMP. V simulacích Lancaster a jeho spoluautoři ukázali, že chladný vesmír temné hmoty by měl galaxie, které se vytvořily relativně rychle z sférických halo.
Ale fuzzy temná hmota by se místo toho spojila do dlouhých, mizerných řetězců materiálu - „obří vlákna než neohrabané galaxie,“ řekl Lancaster - a galaxie by se potom narodily větší a později. Temná hmota by také měla těžší nahromadění v centrech galaxií, což by potenciálně vysvětlovalo, proč astronomové tuto shluklost nepozorují, když se dívají na galaxie.
Nástroje jako Velký synoptický průzkumný dalekohled (LSST) v Chile a dalekohledy třídy 30 metrů postavené po celém světě budou brzy schopny nahlédnout zpět do nejranějších dnů vesmíru. Očekává se, že začnou brát data v příštím desetiletí, což znamená „buď začneme vidět účinky fuzzy temné hmoty, nebo je začneme vylučovat,“ řekl Lancaster.
Ačkoli jiní vědci spekulovali o fuzzy temné látce, nové simulace provádějí pečlivější práci na řešení jejích kosmologických účinků, uvedl Jeremiah Ostriker, astrofyzik z Columbia University, který se na práci nezúčastnil.
"To pomáhá nastínit podrobnosti o tom, jaké by bylo vytvoření struktury v této teorii variant," dodal OStriker. "A je to jedna z nejzajímavějších variant teorií v okolí."
Lancaster uvedl, že budoucí simulace jeho týmu se mohou zaměřit na zachycení více detailů účinků fuzzy temné hmoty, což potenciálně dává astronomům lepší představu o tom, co by mohli očekávat, že uvidí prostřednictvím svých dalekohledů.
- 18 největších nevyřešených záhad ve fyzice
- 12 nejpodivnějších objektů ve vesmíru
- Držitelé vesmíru: 12 největších objektů ve vesmíru
