Po téměř století se vědci snaží zjistit, z čeho se temná hmota skládá. Japonský fyzik nyní tvrdí, že dokázal detekovat temnou hmotu pomocí měření získaných z vesmíru. Ostatní vědci jsou však opatrní, ale zájem o jeho závěry je značný.
Přibližně 85 procent hmoty v kosmu je „temné“: projevuje se pouze svou gravitací, zatímco na rozdíl od běžné hmoty nevydává žádné záření. Existuje však malá výjimka: Když dosud nevysvětlené částice temné hmoty kolidují, mohou se vzájemně zničit a při tom generují vysoce energetické gama záření.
Japonský astrofyzik Tomonori Totani nedávno zaznamenal přebytek gama záření z halo Mléčné dráhy, který odpovídá teoretickým předpovědím pro toto takzvané anihilační záření. Podle vědce by částice temné hmoty měly mít zhruba 500násobek hmotnosti protonů a jeho závěry byly publikovány v odborném časopise „Journal of Cosmology and Astroparticle Physics“.
„Bylo by to poprvé, co bychom mohli jaksi vidět temnou hmotu,“ vysvětluje Totani, který pracuje na Tokijské univerzitě. „A to by ukázalo, že temná hmota se skládá z částic, které nejsou zahrnuty ve standardním modelu fyziky.“ Tento standardní model zahrnuje všechny známé elementární částice a popisuje, jak spolu interagují.
Nicméně v tomto modelu chybí: Gravitace, která hraje zásadní roli v univerzu, tam není zahrnuta. Pokusy o zahrnutí gravitace obvykle vedou k existenci dodatečných částic, jejichž hledání probíhá na velkých urychlovačích po celém světě. Dosud však bez úspěchu.
Vyřešení jednoho z velkých záhad astronomie?
Nevysvětlené částice by mohly také vyřešit jedno z velkých tajemství astronomie, konkrétně z otázku temné hmoty. Již ve 30. letech 20. století zjistil švýcarský astronom Fritz Zwicky při měření hromady galaxií Coma podivný jev: Galaxie se pohybovaly příliš rychle. Gravitační síla veškeré hmoty v hromadě by nestačila na to, aby udržela galaxie při tak vysokých rychlostech – hromada by se měla rychle rozpadnout. Nic však nenaznačovalo, že by se tak stalo.
Proto Zwicky dospěl k závěru, že v hromadě musí být i velké množství neviditelné hmoty. Tento hypotetický podíl nazval „temnou hmotou“ a zpočátku on a jeho kolegové předpokládali, že by to mohly být vyhořelé hvězdy nebo neosvětlené plynové mraky. Po desetiletích výzkumu se však ukázalo, že to nemůže být normální hmota. Dokonce i měření kosmického mikrovlnného pozadí nakonec ukázala, že 85 procent hmoty v kosmu se musí skládat ze dosud neznámých částic.
Experti diskutují o řadě kandidátů s různými vlastnostmi, včetně takzvaných WIMPs, slabě interagujících masivních částic. Tyto částice mají pro fyziky zajímavou vlastnost: Když se dvě z nich srazí, vzájemně se zničí a uvolní záření. Různé projekty hledaly toto záření v oblasti s vysokou energií, a před patnácti lety se vědci domnívali, že byli skutečně úspěšní.
Pozorování s použitím gama-satelitu Fermi, který byl vypuštěn v roce 2008, ukázala záření z centra Mléčné dráhy, které bylo zpočátku interpretováno jako anihilační záření temné hmoty. Vzrušení však přišlo předčasně: Vědci brzy zjistili, že toto záření může být také vysvětleno pomocí neutronových hvězd – a těch je v galaktickém centru pravděpodobně mnoho.
Totani si z této situace vzal ponaučení. Omezil svou hledání na oblasti oblohy, kde by mělo být pouze málo neutronových hvězd. Využil data shromážděná za posledních 15 let z širokoúhlého teleskopu LAT od Fermi, aby prozkoumal gama záření z halo Mléčné dráhy, daleko jak od jejího centra, tak i od její hvězdné disku.
Existuje temná hmota?
Pečlivě modeloval všechny známé zdroje vysoce energetického záření, odečetl je od změřeného záření a získal malý, ale signifikantní přebytek. Tento přebytek gama záření pokrývá energetický rozsah od dvou do 200 gigaelektronvoltů a vykazuje výrazné maximum při 20 gigaelektronvoltech. A takovou distribuci energie byste právě očekávali při vzájemné anihilaci WIMPs, které jsou 500krát těžší než protony, základní stavební kameny atomových jader.
Je tedy možné, že tentokrát máme jistotu, že opravdu vidíme temnou hmotu? Totani již svou práci předložil na několika konferencích dříve, než byla zveřejněna. Jeho vědecká pověst jako teoretického kosmologa i praktikanta pro zpracování velkých datasetů vyvolala velký zájem. Avšak odborná veřejnost reaguje opatrně – vždyť v galaktickém centru už jednou oslavovali příliš brzy. I Totani sám hovoří opatrně o „možném“ důkazu temné hmoty.
Další výzkumné skupiny nyní musí nezávisle reprodukovat jeho výsledky. Pokud se potvrdí přebytek gama záření, zůstává možnost, že na stranu astrofyzikálních jevů mohlo dojít k opomenutím, která by mohla způsobit vyzařování. „Signál z halo sám o sobě není definitivním důkazem temné hmoty,“ zdůrazňuje Totani.
Doporučuje proto zaměřit se zejména na trpasličí galaxie při hledání tohoto gama záření. Vzhledem k tomu, že podmínky tam jsou zcela odlišné než v Mléčné dráze, považuje prokázání stejného druhu gama záření za zásadní indicii, že pochází od částic temné hmoty.
