Záhady a podivnosti kolem temné hmoty a temné energie

Podle současných kosmologických a astrofyzikálních představ tvoří tzv. temná hmota asi 22 % hmotnosti či energie vesmíru. Víme o ní však zatím jen velmi málo a nebyla zatím žádným způsobem přímo detekována. Pozorujeme víceméně jen její nepřímé gravitační účinky na hmotu viditelnou. Viditelné svítící hmoty (například té ve formě atomů či iontů) je však ve vesmíru asi 5x méně, tedy zhruba jen 4-5 % celkové hmotnosti (energie). Zbývajících 73-74 % tvoří tzv. temná energie (či energie vakua), o které nevíme téměř vůbec nic.

Kosmologové z pracovišť v britském Portsmouthu a italském Římě provedli průzkum velkého množství galaxií, jejichž data jsou obsažena například v databázi zvané Sloan Digital Sky Survey. Zaměřili se přitom na možné jevy, které v této oblasti může vyvolávat temná energie ve vesmíru. Na základě těchto dat přišli s hypotézou, že postupem času je temná hmota „konzumována” temnou energií, čili že temné hmoty během vývoje vesmíru ubývá a temné energie naopak přibývá. Následkem toho je narušováno formování a růst velkých hmotných struktur ve vesmíru (galaxií, kup a nadkup galaxií). V tomto procesu jsou, jak známo, vlákna temné hmoty o kosmologické velikosti určujícím faktorem.

Vlivem tohoto vývoje nakonec může vesmír skončit jako obrovská prázdná oblast, kde prakticky nebudou žádné hmotné struktury. Přesun energie z formy temné hmoty do formy temné energie by byl navíc podstatnou korekcí tzv. Standardního kosmologického modelu, který už i sám o sobě předpovídá určité zrychlení rozpínání (či „rozfukování”) vesmíru, což reálně pozorujeme.

Samotný charakter temné hmoty je ovšem stále záhadný. Astrofyzikové z americké Case Western Reserve University podrobili analýze různé alternativy, pokud jde o složení temné hmoty. Na rozdíl od jiných fyziků, kteří vidí řešení spíše ve formě exotických slabě interagujících částic, nalezli východisko ve formě makroskopických ultrahustých objektů, vytvořených z kvarků, které normálně tvoří jádra obyčejných atomů (jsou uvnitř protonů a neutronů). Přesněji řečeno, v těchto objektech zvaných Macros asi bude hrát roli ještě jeden méně obvyklý typ kvarků, tzv. „podivný kvark”.

Teoretické shluky kvarkové hmoty, které obsahují i podivné kvarky, jsou často nazývány „podivnou hmotou”. Tyto shluky jsou svým způsobem příbuzné ultrahustým neutronovým hvězdám a možná jde o zbytky ultrahusté hmoty ze samotného počátku vesmíru. Jejich hmotnost by byla velmi rozmanitá. Nejlehčí by měly hmotnost desítek gramů a nejtěžší zhruba hmotnost setiny Měsíce. Jejich společnou vlastností by ovšem byla velice špatná zachytitelnost našimi přístroji. Tuto možnost původně astrofyzikové opustili v 80. letech a nyní se k ní opět vracejí.

Zdroje: Phys.Org 1, Phys.Org 2, SciTechDaily, Physical Review Letters, arXiv.org 1 (PDF), arXiv.org 2 (PDF)