Fyzici se dlouho snažili odhalit temnou hmotu a získat skutečný pohled na tajemnou látku, která tvoří čtvrtinu vesmíru. Jeden nápad, co se skrývá pod pláštěm neviditelnosti? Mnoho malých, fuzzy částic, které se chovají jako jedna gigantická částice.
Ale poslední hon na takové fuzzy, ultralehké částice, zveřejněný 28. února v Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, vyšel s prázdnou rukou.
Výsledky naznačují, že pokud je temná hmota skutečně vyrobena z těchto drobných částic, je tak nepolapitelná, jak naznačuje její název, a stěží interaguje s běžnou hmotou.
Srdce temnoty
Temná hmota je jedním z nejlépe střežených tajemství vesmíru. Věci neinteragují se světlem, ale působí gravitačním tahem na jiné záležitosti. Ačkoli to tvoří asi čtvrtinu hmoty a energie ve vesmíru, vědci to nedokážou najít, nebo dokonce zjistit, z čeho je vyroben.
Mnoho vědců spekuluje, že temnou hmotu mohou tvořit slabě interagující masivní částice, WIMP. Ale teorie WIMP přicházejí krátce několika způsoby. Například by tyto částice měly způsobit malé struktury v síti galaxií, které astronomové neviděli. Místo toho někteří vědci hledají jiným směrem temnou hmotu - ultralehké částice.
I když existuje mnoho představ o tom, jaká temná hmota by mohla být, žádná z nich nemá mnoho podpůrných důkazů, uvedl Sergey Troitsky, spoluautor článku a výzkumný pracovník Ústavu pro jaderný výzkum Ruské akademie věd. "Člověk tedy musí jeden po druhém zvážit, studovat a vyloučit všechny možnosti."
Některé teorie ultralehkého světla, také známé jako fuzzy, temná hmota, navrhují částici, která je asi 10 ^ 28krát lehčí než elektron. Tato „fuzzy“ temná hmota je pojmenována, protože její nízká hmotnost znamená, že působí spíše jako rozmazaná částice s rozmazanou hranice než vlna. Nový výzkum testoval způsob, jak hledat tyto typy částic ve světle z aktivních galaxií.
Protože temná hmota tvoří tak velkou část vesmíru, pokud je vyrobena z ultralehkých částic, musí jich být spousta. Ve skutečnosti tolik, že by existovaly v jedinečném stavu, jako je pole nebo Bose-Einsteinův kondenzát - ve stavu, kdy částice, často při velmi nízkých teplotách, se shlukují a jednají soudržně jako jedna. Zatímco jednotlivé částice temné hmoty nereagují se světlem - proto se vědci je snažili najít - ve velkých měřítcích, pole by mělo znatelný účinek na polarizaci nebo orientaci světla, když se kroutí vesmírem. To by nastalo, když hustota pole pravidelně osciluje, což ve skutečnosti mění způsob, jakým světlo prošlo regionem.
Teorie navrhla, že tento efekt lze vidět v oblasti temné hmoty, která má průměr nejméně 325 světelných let. Míra oscilace pole závisí přímo na hmotě ultralehkých částic temné hmoty, takže když viděli tento efekt, vědci doufali, že dokážou změřit hmotnost temné hmoty.
Aby vědci hledali změny v polarizaci světla díky polím ultralehké temné hmoty, podívali se na archivní data z velmi dlouhého základního linie, radioteleskopu složeného z 10 (82 stop) (25 metrů) dalekohledů provozovaných od Socorro, New Mexiko. Zaměřili se na světlo ze srdcí 30 galaxií, které rozptylovaly obrovské množství hmoty ve tryskách, které mohou napínat stovky světelných let. Světlo z těchto galaxií je vysoce polarizované a bylo dobře studováno, takže o nich jsou již k dispozici dlouhodobá archivní data.
"Často používáme astrofyzikální data z publikovaných článků nebo z veřejně dostupných databází k omezení vlastností elementárních částic," řekl Troitsky pro Live Science. "Tentokrát jsme se však spojili s našimi rádiovými astronomy a vykopali si svá vlastní data a pečlivě vybrali observační řadu jen pro náš úkol."
Při analýze dvou desetiletí dat vědci našli mnoho kmitů, ale ne ty druhy, které hledali. Aktivní galaktická jádra často pulzují bez pravidelné frekvence. K oscilacím z ultralehké temné hmoty by však mezi kmitáním došlo stejně dlouho.
Vědci nakonec neviděli žádné známky ultralehké temné hmoty, alespoň u typů mas, které by mohly vysvětlit nedostatek malých struktur nalezených v síti galaxií. To však neznamená, že absolutně neexistují.
„Neexistuje žádná záruka, že částice temné hmoty má žádný interakce s viditelným světem kromě gravitace, "řekl Troitsky.„ Bylo by velmi těžké objevit takovou částici s nějakou hmotou a žádnou jinou interakcí, i když to je skutečně jedna z nejjednodušších možností vysvětlit temnou hmotu. "
Zatímco nový výzkum může způsobit, že konvenční ultralehká temná hmota je nepravděpodobná, vědci nejsou připraveni to vyloučit.
„Jedinou věcí, kterou víme o temné hmotě, je to, že leží mimo známou fyziku částic,“ řekla Rennan Barkana, astronomka na tel Avivské univerzitě v Izraeli, která se studie nezúčastnila. "Dokud nebudeme mít přesvědčivé pozorovací důkazy o povaze temné hmoty, měli bychom být opatrní ohledně odhadů a spekulací ... a mít otevřenou mysl."
