Temná hmota, věci, o nichž se předpokládá, že tvoří asi čtvrt vesmíru, ale zdá se, že vůbec neinteragují se světlem, by podle nové studie mohly mít malý elektrický náboj.
Temná hmota prozatím dala najevo svou přítomnost pouze gravitací, taháním za hvězdy a galaxie. Ale nyní astrofyzici Julian Muñoz a Abraham Loeb z Harvardské univerzity naznačují, že malý zlomek částic temné hmoty by mohl mít malý elektrický náboj - což znamená, že temná hmota by mohla interagovat s normální hmotou prostřednictvím elektromagnetické síly.
Pokud je to pravda, tato myšlenka by nejen představovala velký krok k pochopení temné hmoty, ale také by vysvětlila nedávné tajemství, které matoucí kosmology.
Zvědavé chlazení
V únoru astronomové oznámili první detekci nepolapitelného signálu z plynného vodíku z kosmického úsvitu, tedy období asi 180 milionů let po Velkém třesku, kdy začaly svítit první hvězdy. V této době byl plynný vodík plovoucí mezi hvězdami chladnější - chladnější než kosmické mikrovlnné pozadí, zbytkové záření z Velkého třesku, které se koupe ve vesmíru.
Protože vodík je chladnější než tento dosvit, plyn absorbuje záření - zejména záření s vlnovou délkou 21 centimetrů (8,3 palce). Měřením absorpce záření vodíkem mohou astronomové lépe porozumět kosmickému úsvitu, relativně neznámé éře kosmické historie. Pomocí radiové antény v západní Austrálii nazvané Experiment k detekci globální epochy reionizačního podpisu (EDGES) byl tým astronomů schopen tuto absorpci detekovat poprvé.
„Je to samo o sobě úžasný vědecký objev,“ řekl Muñoz Live Science. Ale víc než to, dodal, astronomové zjistili, že vodíkem bylo absorbováno dvakrát tolik fotonů, než se očekávalo. Aby plyn absorboval tolik záření, musel by být ještě chladnější, než si vědci mysleli.
Muñoz a Loeb navrhli, že temná hmota by mohla být viníkem zvědavého chlazení. V článku zveřejněném 30. května v časopise Nature zjistili, že pokud má méně než 1 procento temné hmoty asi miliontinu elektrického náboje elektronu, pak by tato nepolapitelná hmota mohla vytáhnout teplo z vodíku - podobné tomu, jak kostky ledu ochlazují limonádu. „Led je tady temná záležitost,“ řekl Muñoz.
Jejich nápad není úplně nový. Před desítkami let fyzici navrhovali, aby částice temné hmoty mohly mít elektrický náboj.
A není to jediné vysvětlení tohoto chlazení. V článku z 1. března v časopise Nature Rennan Barkana, kosmolog z Tel Avivské univerzity v Izraeli, navrhl, že obecnější forma temné hmoty, která nemusí být nutně nabitá, by mohla ochladit normální hmotu a vysvětlit data EDGES. .
Oba návrhy temné hmoty vytvářejí podobné předpovědi, uvedl Barkana, který se do této studie nezúčastnil.
"Je to čas na opatrný optimismus a udržování otevřené mysli, a to jak o rozhlasovém pozorování, tak o interpretaci," řekl Barkana Live Science.
Desítky nápadů
Temná hmota je jen jedním z desítek nápadů navržených k vysvětlení anomálie. Například namísto toho, aby byl plyn chladnější, může být záření pozadí teplejší, než se očekávalo, přičemž nějaký exotický proces produkuje více záření, které se dosud nezohlednilo. Nebo se mohou jednoduše vyskytnout chyby v analýze nebo měření.
Ve skutečnosti je pozorování EDGES první svého druhu, a ačkoli tým strávil dva roky kontrolou a dvojím ověřováním analýzy, výzkumníci budou potřebovat více údajů, aby potvrdili záhadné výsledky.
„Pokud je EDGES správný, nemyslím si, že existuje nějaké konvenční vysvětlení, které je přesvědčivé,“ řekl Steven Furlanetto, astrofyzik na kalifornské univerzitě v Los Angeles, který se studie nezúčastnil. "Skutečně musíte jít do jednoho z těchto nestandardních fyzikálních scénářů, a v tom případě si myslím, že je dokořán."
Muñoz je však částečným vysvětlením temné hmoty. „Pokud má EDGES pravdu, zdá se velmi těžké, aby to nebylo výsledkem temné hmoty,“ řekl.
Několik nástrojů po celém světě se již připravuje, aby poskytla podrobnější pozorování. Na rozdíl od EDGES, některé experimenty, jako je radioteleskop v Jižní Africe nazvaný Hydrogen Epoch of Reionization Array, budou schopny měřit, jak se absorpce mění po obloze. Pokud je malá část temné hmoty elektricky nabita, jak říkají Muñoz a Loeb, vytvoří v této variantě odlišný vzorec - poskytne klíčový test pro elektricky nabitou temnou hmotu.
