temná hmota

Teoretičtí fyzici navrhují způsob, jak by silně urychlená atomová jádra mohla vytvářet páry axionů, hypotetických částic považovaných za možné složky temné hmoty. Mechanismus vychází z toho, že jádra mění kvantové fluktuace axionového pole a při prudké změně pohybu by se tyto fluktuace mohly proměnit ve skutečné částice. Proces lze popsat dynamickým Casimirovým jevem i Unruhovým jevem. Testovat jej by mohly ultraperiferní srážky těžkých iontů, při nichž se jádra těsně minou vysokou rychlostí. Pravděpodobnost vzniku i následná detekce axionů by však byly velmi obtížné a závisely by na jejich dosud neznámé hmotnosti.

Fyzici analyzovali měření magnetického pole Země z let 2012 až 2022 a využili prostor mezi zemským povrchem a ionosférou jako přirozený elektromagnetický rezonátor. Hledali stopy axionů, hypotetických částic, které by mohly tvořit temnou hmotu, a po zpřísnění kritérií označili 25 možných signálů. Stejný postup přinesl také 31 výraznějších kandidátů na takzvané temné fotony. Dosavadní data z jediné britské observatoře však neumožňují určit, zda jde o skutečné projevy těchto částic, nebo o jiné jevy. Rozhodnout by mohla měření z více míst světa: signál axionů by se měl měnit podle síly magnetického pole, zatímco temné fotony by měly působit podobně všude.

Podzemní experiment LUX-ZEPLIN zachytil v červnu 2023 dvojici záblesků, která odpovídá možnému střetu částice temné hmoty s jádrem xenonu. Signál se zatím obtížně vysvětluje známými zdroji pozadí, jako jsou neutrony, neutrina či gama záření, a nejlépe jej popisuje hypotetická slabě interagující masivní částice WIMP o hmotnosti přes 200 GeV. Vědci však objev nevyhlašují, protože jde pouze o jediný případ a statistická významnost dosahuje 2,6 sigma. K potvrzení by byla potřeba hranice 5 sigma a více podobných detekcí. Studie dosud neprošla recenzním řízením, byla ale zaslána do časopisu Physical Review Letters.

Nová studie zkoumá možnost, že mezi částicemi temné hmoty působí vedle gravitace ještě skrytá přitažlivá síla. Ta by sice měla podporovat shlukování temné hmoty, zároveň však podle modelů snižuje její efektivní hmotnost při vývoji vesmíru. Hustota temné hmoty se pak rychleji ředí a výsledný růst kosmických struktur může být naopak potlačen. Autoři nevylučují velmi slabou dodatečnou interakci, současné jednoduché modely však musejí lépe sladit data o reliktním záření, rozpínání vesmíru a velkorozměrových strukturách. Budoucí simulace mají zahrnout složitější nelineární procesy.

Fyzikové navrhují hledat temnou hmotu nepřímo prostřednictvím jejího možného rozpadu na gravitony, hypotetické částice zprostředkující gravitaci. Gravitony by se při průchodu rozsáhlými magnetickými poli kosmických filamentů mohly měnit na fotony gama záření. Hlavním vodítkem by byl nadbytek gama záření oproti známému pozadí, měřenému například teleskopem Fermi. Signál by měl přicházet převážně z mezigalaktického prostoru, nikoli ze středu Mléčné dráhy. Metoda využívá známý Gertsenshteinův jev, samotný rozpad temné hmoty na gravitony však zůstává hypotézou.

Autor popisuje stavbu jednoduchého rádiového teleskopu s trychtýřovou anténou z plechu a prázdné plechovky. Zařízení zachycuje rádiové záření neutrálního vodíku na frekvenci kolem 1 420 MHz, zesílené nízkošumovým zesilovačem a zpracované přijímačem SDR. Z Dopplerova posunu signálů vodíkových mračen lze odvodit jejich rychlosti v různých částech Mléčné dráhy. Naměřené rychlosti neklesaly se vzdáleností od galaktického středu, jak by odpovídalo soustředění hmoty jen ve středu galaxie. Tento plochý průběh rotačních rychlostí představuje nepřímý důkaz rozsáhlé neviditelné hmoty, tedy temné hmoty.

Fyzici navrhují, že neobvyklé ztráty protonového svazku v urychlovači LHC by mohly nepřímo odhalovat makroskopickou formu temné hmoty. Takzvané UFO události jsou dosud spojovány s mikroskopickými částečkami prachu, které se dostanou do svazku. Podle hypotézy by průlet objektu zvaného axionový kvarkový nugget poblíž LHC mohl vyvolat slabý podzemní otřes a prach uvolnit. Výrazným znakem by byly nejméně tři související události během dvou sekund na navazujících místech 27kilometrového tunelu. Autoři studii zatím neověřili na datech, navrhují však znovu analyzovat existující záznamy monitorů ztrát svazku bez nutnosti upravovat zařízení.

Vědci objevili již třetí galaxii, jejíž pohyb lze vysvětlit bez přítomnosti temné hmoty. NGC 1052-DF9 je součástí řady galaxií, ke kterým patří DF2 a DF4, a poskytuje nové důkazy o tom, že tyto galaxie vznikly nějakým neobvyklým procesem. Astronomové spekulují, že tzv. srážka trpasličích galaxií mohla způsobit oddělení běžné hmoty od temné. Tento objev může pomoci lépe pochopit povahu temné hmoty, která dosud zůstává ve vesmírných teoriích záhadou. Výzkum byl zveřejněn v časopise The Astrophysical Journal.

V roce 2019 mohlo dojít k náhodné detekci temné hmoty v datech o gravitačních vlnách. Fyzici zjistili, že jedna z detekovaných událostí odpovídá kolizi černých děr obklopených mrakem temné hmoty. Přestože výsledek je slibný, zatím není dostatečně statisticky významný pro potvrzení. Metoda by mohla otevřít nové možnosti zkoumání gravitačních vln a temné hmoty, přestože další nezávislé ověření je nezbytné.

Pohyb galaktických shluků v dalekém vesmíru se stal dosud nejrozsáhlejším testem zákonů gravitace. Na obrovských vzdálenostech, stovek milionů světelných let, gravitace stále působí tak, jak předpověděl Isaac Newton. Výzkumy naznačují, že temná hmota lépe vysvětluje pozorované gravitace ve vesmíru než úpravy gravitačních teorií. Vědci měřili rychlosti vzdálených galaktických shluků, což potvrdilo stávající fyzikální teorie. Ačkoliv temná hmota zůstává neznámá, důkazy o její existenci narůstají.