Temná hmota je záhadná nesvítící látka, která tvoří naprostou většinu hmoty ve vesmíru. Přestože odborníci pozorují gravitační účinky temné hmoty již desítky let, vědci zůstávají zmateni ohledně její skutečné povahy.
Kdo objevil temnou hmotu?“
Na konci 19. století začali astronomové spekulovat o neviditelné hmotě – buď slabých hvězdách, nebo plynu a prachu, rozptýlených po celém vesmíru. Podle přehledu z roku 2018 v časopise Reviews of Modern Physics vědci dokonce začali odhadovat její hmotnost. Většina z nich se domnívala, že tato záhadná látka je jen nepatrnou složkou celkové hmoty ve vesmíru.
Teprve v roce 1933 si švýcarsko-americký astronom Fritz Zwicky všiml, že vzdálené galaxie kolem sebe rotují mnohem rychleji, než by mělo být možné vzhledem k jejich viditelné hmotě viditelné v dalekohledech. „Pokud by se to potvrdilo, dostali bychom překvapivý výsledek, že temná hmota je přítomna v mnohem větším množství než hmota svítící,“ napsal v článku publikovaném toho roku v časopise Helvetica Physica Acta.
Mnozí odborníci však zůstávali ke Zwickyho výsledkům skeptičtí až do 70. let 20. století, kdy astronomové Kent Ford a Vera Rubinová provedli podrobné studie hvězd ve vnějších oblastech sousední galaxie v Andromedě. Tyto hvězdy obíhaly kolem galaktického jádra příliš rychle, téměř jako by je nějaký neviditelný materiál gravitačně přitahoval a tlačil – tohoto pozorování si vědci brzy všimli u galaxií v celém vesmíru.
Výzkumníci netušili, z čeho se tato neviditelná hmota skládá, přičemž někteří astronomové spekulovali, že temnou hmotu tvoří malé černé díry nebo jiné kompaktní objekty, které vyzařují příliš málo světla na to, aby se projevily v teleskopech. Výsledky byly ještě podivnější v 90. letech 20. století, kdy vesmírný teleskop nazvaný Wilkinsonova mikrovlnná anizotropní sonda (WMAP) podle NASA ukázal, že tato temná hmota převažuje nad běžnou viditelnou hmotou v poměru pět ku jedné.
Proč temná hmota zůstává záhadou
Průzkumy teleskopů nikdy nebyly schopny najít dostatek malých kompaktních objektů, které by vysvětlovaly toto obrovské množství hmoty. Většina současných astronomů se domnívá, že temnou hmotu pravděpodobně tvoří subatomární částice s vlastnostmi, které se poněkud liší od známějších protonů a neutronů.
Vládnoucí kandidát na temnou hmotu se nazývá slabě interagující hmotná částice neboli WIMP. Tyto spekulativní entity se ve standardním modelu částicové fyziky, který popisuje téměř všechny částice a síly, nevyskytují. WIMP by se podobal spíše přízračnému neutrinu, jen by vážil 10 až 100krát více než proton. (Přesné hmotnosti neutrin nejsou známy, ale jsou mnohem lehčí než elektrony).
Stejně jako neutrina by WIMPy interagovaly pouze se dvěma ze čtyř základních sil ve vesmíru: Gravitace a jaderná slabá síla, která zprostředkovává rozpad radioaktivních atomových jader. Tyto částice temné hmoty by byly elektricky neutrální, což znamená, že by neinteragovaly s elektromagnetismem, základem světla, a proto by zůstaly neviditelné.
Fyzikové ve snaze detekovat WIMP postavili obrovské detektory a umístili je hluboko pod zem, aby je ochránili před rušivým kosmickým zářením, ale dosud žádný experiment neobjevil jejich důkaz. V posledních letech tento neúspěch vedl některé pracovníky v oboru k tomu, že si začali klást otázku, zda se nevydali na divokou honbu za částicemi, která nemá reálný konec.
Někteří vědci proto obracejí svou pozornost k novějšímu kandidátovi na temnou hmotu zvanému axion, který by měl miliontinu nebo dokonce miliardtinu hmotnosti elektronu, uvedl časopis Proceedings of the National Academy of Science. Tyto hypotetické částice jsou pro vědce obzvláště atraktivní, protože by mohly vyřešit i další nevyřešený problém ve fyzice, a to potenciální interakci s neutrony, která by vysvětlila, proč mohou cítit magnetické pole, ale ne elektrické.
V červnu 2020 oznámili členové experimentu XENON1T sídlícího v Národní laboratoři Gran Sasso v Itálii, detektoru původně postaveného za účelem pokusu o zachycení WIMPů, že objevili malý, ale nečekaný signál, který by mohl být vysvětlen přítomností axionů. Výsledky šokovaly vědeckou komunitu, ale musí být ještě potvrzeny dalšími experimenty.
Existuje vůbec temná hmota?
To znamená, že vědci si stále lámou hlavu nad tím, co to vlastně temná hmota je. Někteří teoretici si kladou otázku, zda neexistuje celý temný sektor vesmíru s mnoha částicemi a dokonce i temnými silami, které ovlivňují pouze temnou hmotu, podobně jako subatomární složitost pozorovaná ve viditelném vesmíru.
Malá část vědců se zároveň domnívá, že temná hmota je přelud. Hlásí se k myšlence známé jako modifikovaná verze setrvačnosti neboli MOND, která předpokládá, že na velkých škálách působí gravitace jinak, než se očekává, a to vysvětluje pozorované rotace hvězd a galaxií. Většina odborníků však není přesvědčena o nutnosti tak radikálního odklonu od známé fyziky, který by vyžadoval i úpravy našeho chápání velké části reality.
Temná hmota není, pokud je známo, spojena s temnou energií, dalším záhadným jevem zodpovědným za urychlování rozpínání vesmíru. Tyto dva pojmy mají pouze společné slovo „temná“, které vědci často používají jako zástupný výraz pro věci, kterým zcela nerozumějí.