Je možný život založený na temnej hmote?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Prevažná väčšina hmoty v našom vesmíre je neviditeľná. A už nejaký čas sa fyzici snažia pochopiť, čo je táto nepolapiteľná hmotnosť. Ak je vyrobený z častíc, je nádej, že Veľký hadrónový urýchľovač môže produkovať časticu tmavej hmoty, alebo vesmírny teleskop uvidí výrečný podpis gama lúčov zrážok temnej hmoty. Zatiaľ nič. A tento problém núti teoretických fyzikov uvažovať o nových myšlienkach.

V roku 2017 sa renomovaná teoretická fyzička Lisa Randall pozrela na jednu z najneuveriteľnejších možností temnej hmoty. Hypotetické, samozrejme. Namiesto toho, aby považovala temnú hmotu za konkrétny typ častíc, predpokladala, že temnú hmotu môže skladať celá rodina častíc, ktoré tvoria temné hviezdy, temné galaxie, temné planéty a možno aj temný život. Chémia temného vesmíru môže byť taká bohatá a rôznorodá ako naša vlastná „bežná chémia“. Ale nie všetko je také jednoduché.

Problém temnej hmoty

Náš vesmír je úžasné, aj keď nepochopiteľné miesto.

Počas niekoľkých posledných desaťročí sme si uvedomili, že 84,5 % hmoty vo vesmíre nemožno vidieť. Vzhľadom na svoju dosť nešikovnú prezývku „tmavá hmota“je táto látka v stave, v ktorom neinteraguje s „normálnou“hmotou. Rovnako ako temná energia, aj tieto veci sú „temné“, pretože im nerozumieme.

Ak je teraz na mojom stole kúsok tmavej hmoty, nikdy sa o tom nedozviem. Kus tmavej hmoty vo všeobecnosti ako taký nemôže ležať na mojom stole. Prepadne cez stôl a podlaha a zemská kôra sa vrútia do gravitačnej studne v jadre našej planéty. Alebo nepochopiteľným spôsobom zmizne vo vesmíre. Temná hmota interaguje s čímkoľvek tak slabo, že tento kúsok jednoducho prepadne bežnou hmotou, ako keby neexistoval.

V malom meradle je gravitačný prejav tmavej hmoty zanedbateľný, no na kozmologické vzdialenosti je prítomnosť tmavej hmoty rozhodne cítiť – možno ju pozorovať nepriamo podľa jej gravitačného pôsobenia na kopy galaxií a jej vplyvu na rotáciu galaxií. Vieme, že existuje, jednoducho to nevidíme.

A nevieme, čo to je, môžeme len hádať

Obyčajná hmota – alias baryonická hmota – interaguje prostredníctvom elektromagnetických, gravitačných, silných a slabých síl. Tieto sily prenášajú energiu a dávajú štruktúru všetkej hmote. Na druhej strane temná hmota je zvyčajne vnímaná ako amorfný oblak „hmoty“, ktorý nemôže interagovať prostredníctvom elektromagnetických síl, slabých alebo silných. Preto sa predpokladá, že temná hmota je „nebaryonická“. Nebaryonická hmota môže odhaliť svoju prítomnosť iba gravitačne.

Vedúcim kandidátom pri hľadaní temnej hmoty je WIMP, slabo interagujúca masívna častica. Ako naznačuje názov WIMP, táto hypotetická častica neinteraguje s normálnou hmotou – teda nie je baryonická.

Zavedené kozmologické modely predpovedajú, že temná hmota – či už vo forme WIMPov alebo „axionov“napríklad dáva nášmu vesmíru štruktúru a zvyčajne sa zjednodušene nazýva „lepidlo“, ktoré drží náš vesmír ako celok.

Astronómka Vera Rubin si pri pozorovaní rotácie galaxií všimla, že väčšina hmoty v galaxiách nie je pozorovateľná. Viditeľné je len malé percento – hviezdy, plyn a prach; zvyšok sa skrýva v obrovskom, no neviditeľnom halo temnej hmoty. Je to ako keby naša viditeľná galaxia bežnej hmoty bola len kapucňou na obrovskom kolese temnej hmoty, ktorá siaha ďaleko za to, čo vidíme.

V nedávno publikovanom článku (2013) Randall a jej kolegovia predstavili zložitejšiu formu temnej hmoty. Halo tmavej hmoty našej galaxie podľa nich nepozostáva len z jedného typu amorfnej hmoty nebaryonickej hmoty.

„Zdá sa byť veľmi zvláštne predpokladať, že celá temná hmota sa skladá len z jedného typu častíc,“píše Randall. "Nestranný vedec by nemal dovoliť, aby temná hmota bola taká rôznorodá ako naša normálna hmota."

Bohatý „tieňový vesmír“?

Tak ako sa náš viditeľný vesmír riadi Štandardným modelom fyziky – osvedčenou rodinou častíc (vrátane neslávne známeho Higgsovho bozónu) a síl, mohol by bohatý a rozmanitý model častíc a síl temnej hmoty fungovať v temnom galaktickom halo?

Tento výskum vychádza z logiky predpokladu bohatej palety neznámej fyziky v temnom sektore vesmíru – nazvime ho „tieňový vesmír“– ktorý existuje paralelne s naším vlastným a má všetky zložitosti, ktoré náš viditeľný vesmír ponúka.

Astrofyzici už skôr naznačili, že „temné hviezdy“– hviezdy vyrobené z temnej hmoty – môžu v našom starovekom vesmíre existovať dodnes. Ak áno, tvrdí Randall, možno by sa mohli vytvoriť „temné planéty“. A ak existuje rodina častíc temnej hmoty riadená silami nasadenými v temnom sektore, mohlo by to viesť k vzniku komplexnej chémie? A do života?

Ak však existuje „temný“alebo „tieňový“život paralelne s naším vesmírom, môžete zabudnúť, že ho dokážeme odhaliť.

Tieňový život zostane v tieni

Zdá sa lákavé použiť túto hypotézu na vysvetlenie všetkých každodenných záhad alebo dokonca paranormálnych tvrdení, ktoré veda nemôže spochybniť alebo podporiť. Čo ak sú „duchovia“alebo nevysvetliteľné „svetlá na oblohe“šaškovaním temných tvorov žijúcich v pozadí všetkého?

Zatiaľ čo táto logika by bola v poriadku pre televíznu reláciu alebo film, tieto temné stvorenia by žili v temnom vesmíre, ktorý je úplne nezlučiteľný s bežnou hmotou. Ich častice a sily by v našom vesmíre nemali žiadny vplyv. Tieto riadky by ste mohli čítať sediac na pni v tmavom lese a nikdy by ste o tom nevedeli.

Ale keďže s týmto tieňovým vesmírom koexistujeme v rovnakom časopriestore – bez zbytočných dimenzií či multivesmíru – je možné prenášať len jeden signál.

Gravitačné vlny boli objavené až v roku 2016 a prvá detekcia týchto vlnení v časopriestore bola spôsobená zrážkou čiernych dier. Zdá sa celkom možné, že gravitačné vlny je možné detekovať v tmavom sektore, ale na našom konci drôtu možno detegovať iba najsilnejšie kozmické udalosti v tmavom sektore.

Celkovo vzaté, takmer určite nikdy nepreukážeme existenciu roztomilých tvorov temnej hmoty, ale Randall poukazuje na dôležitý bod. Keď uvažujeme o zdroji temnej hmoty, musíme hľadieť za hranice našich predsudkov; temný sektor môže byť komplexnou rodinou častíc temnej hmoty a síl, ktoré sú mimo toho, čo si vieme predstaviť.