Už téměř celé století se vědci snaží zjistit, z čeho temná hmota vlastně vzniká. Japonský fyzik nyní tvrdí, že dokázal identifikovat temnou hmotu pomocí měření z vesmíru. Jeho kolegové jsou však opatrní, zvyšující se zájem je však patrný.
Přibližně 85 procent hmoty v kosmu je „temné“: Ta se projevuje pouze prostřednictvím své gravitační síly, ale na rozdíl od běžné hmoty nevydává žádné záření. Existuje však malá výjimka: Když se dosud tajemné částice temné hmoty vzájemně srazí, mohou se navzájem zničit a přitom generovat vysoce energetické gama záření.
Tomonori Totani, japonský astrofyzik, nedávno odhalil nadbytek gama záření z halo Mléčné dráhy, které odpovídá teoretickým predikcím takzvaného anihilačního záření. Podle vědce mají částice temné hmoty přibližně 500násobnou hmotnost protonů, jak uvádí v odborném časopise „Journal of Cosmology and Astroparticle Physics“.
„Bylo by to poprvé, co bychom viděli temnou hmotu nějakým způsobem,“ vysvětluje Totani, který pracuje na Tokijské univerzitě. „A ukázalo by to, 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 vzájemně interagují.
Existuje však mezera: Gravitace, která hraje v univerzu klíčovou roli, není zahrnuta. Pokusy zahrnout gravitaci vždy vedly k dalším částicím, po kterých se po celém světě pátrá pomocí velkých urychlovačů. Dosud však bez úspěchu.
Je vyřešena jedna z velkých záhad astronomie?
Takové dosud neznámé částice by mohly zároveň odhalit jednu z velkých záhad astronomie, a to temnou hmotu. Již v 30. letech se švýcarský astronom Fritz Zwicky při měření shluku galaxií Coma setkal s podivným fenoménem: Galaxie se pohybovaly příliš rychle. Gravitace veškeré hmoty v shluku by nebyla schopna udržet galaxie při takových vysokých rychlostech – shluk by se rychle rozpustil. Nebyly však žádné známky takového rozpuštění.
Zwicky tedy dospěl k závěru, že v galaktickém shluku musí existovat velké množství neviditelné hmoty. Tento hypotetický podíl nazval „temnou hmotou“, přičemž zpočátku on a jeho kolegové hovořili o vyhaslých hvězdách nebo neosvětlených plynových mračnech. Jak se během několika desetiletí výzkumu ukázalo, nemohlo by se jednat o běžnou hmotu. Měření kosmického mikrovlnného pozadí následně ukázala, že 85 procent hmoty v kosmu musí tvořit dosud neznámé částice.
Mezi odborníky se diskutuje o řadě kandidátů s různými vlastnostmi, přičemž obzvláště se zmiňují takzvané WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), slabě interagující hmotné částice. Takové částice mají pro fyzika zajímavou vlastnost: Když se dvě z nich srazí, vyhubí se navzájem a uvolní záření. Různé projekty pátraly po tomto záření, které se objevuje v oblasti vysoce energetických gam, a před patnácti lety se vědci skutečně zdálo, že objevili něco zásadního.
Pozorování s gama satelitem Fermi, který byl vypuštěn v roce 2008, ukázala záření ze středu Mléčné dráhy, které bylo zpočátku interpretováno jako anihilační záření temné hmoty. Radost však přišla příliš brzy: Brzy vědci zjistili, že lze toto záření vysvětlit také s neutronovými hvězdami – a pravděpodobně jich v galaktickém centru existuje mnoho.
Totani se z této zkušenosti poučil. Omezil svůj hledání na oblasti na obloze, kde by mělo být jen málo neutronových hvězd. Využil data shromážděná během patnácti let z širokoúhlého teleskopu LAT od Fermi, aby prozkoumal gama záření zhalo Mléčné dráhy, daleko od jejího centra a také odděleně od její hvězdami bohaté desky.
Existuje temná hmota?
Pečlivě modeloval Totani všechny známé zdroje vysoce energetického záření, odečetl je od naměřeného záření a dospěl k malému, ale významnému nadbytku. Tento gama nadbytek pokrývá energetický rozsah od 2 do 200 gigaelektronvoltů a vykazuje jasné maximum při 20 gigaelektronvoltech. A taková distribuce energie by právě odpovídala vzájemné annihilaci WIMP, které jsou 500krát těžší než protony, kladně nabité stavební bloky atomových jader.
Mohli bychom tedy tentokrát s jistotou říci, že skutečně pozorujeme temnou hmotu? Totani již prezentoval své výsledky na několika konferencích ještě před zveřejněním. Protože má dobré jméno jak jako teoretický kosmolog, tak jako praktik v analýze velkých dat, jeho výsledky vzbudily velký zájem. Nicméně odborná veřejnost reaguje opatrně – koneckonců se již v minulosti při pozorování galaktického centra ukázalo, že radost byla předčasná. Totani sám však opatrně hovoří pouze o „možném“ důkazu temné hmoty.
Nyní musí další výzkumné skupiny nejprve nezávisle reprodukovat jeho výsledky. I když se nadbytek gama záření potvrdí, zůstává možnost, že by nepoznané astrofyzikální jevy mohly záření vyprodukovat. „Signál z halo sám o sobě neznamená jednoznačný důkaz temné hmoty,“ zdůrazňuje Totani.
Doporučuje tedy hledat toto gama záření zejména v trpasličích galaxiích. Vzhledem k tomu, že podmínky tam jsou zcela jiné než v Mléčné dráze, tvrdí, že by důkaz stejného typu gama záření byl zásadním ukazatelem, že pochází z částic temné hmoty.
