Éter a temná hmota 1 - úvod

středa 30. prosinec 2009 04:52

Ačkoliv o povaze temné hmoty vědci dosud stále spekulují, o její existenci referoval už v roce 1933 švýcarsko-americký astronom Fritz Zwicky, který narazil na nesrovnalosti při studiu rotací galaxií. Pokud by neexistovala v galaxiích jiná, než pozorovatelná hmota, měla by rychlost, s níž by měly obíhat hvězdy v různých vzdálenostech od centra, zhruba odpovídat Keplerovu zákonu. Z jeho pozorování však vyplynulo, že hvězdy od určité vzdálenosti od středu galaxie obíhají mnohem rychleji, než by podle výpočtů měly - při takové rychlosti by z galaxie musely odletět.

Pozorování lze vysvětlit přítomností dodatečné hmoty obklopující galaxie, která na hvězdy působí svou gravitací, ale není vidět, protože nesvítí ani neovlivňuje světlo z okolních zdrojů. Přes toto vysvětlení astronomové pozorování Fritze Zwickyho dlouho nebrali dlouho na vědomi. Příčiny byly mnohdy docela osobní - tohoto sice geniálního a v osobním i vědeckém životě velmi úspěšného, ale vulgárně asertivního hrubiána neměl v astronomické komunitě skoro nikdo v přílišné lásce. Dalším důvodem může být zřetelná tendence mainstreamové vědy ignorovat pozorování, které nelze stávajícími teoriemi vysvětlit, nebo jim dokonce odporují. Pokud se osobní a společenské faktory sečtou, výsledkem bývá ignorance nových myšlenek i objevů po několik generací - jak vidět, vědecká metoda a tolik proklamovaná lidská zvídavost v tomto postoji nehraje žádnou roli.

K myšlence temné hmoty se astronomové vrátili až v polovině 90. let, kdy stále dokonalejší dalekohledy a pozorovací techniky umožnily pozorovat přes vzdálené galaxie objekty ještě vzdálenější. Přitom dochází k jakési deformaci dráhy světla a čočkování, podobnému tomu, které předpovídá teorie relativity (tzv. relativistická aberace). Čočkování způsobené temnou hmotou je však mnohem slabší, než gravitační čočkování - zato se projevuje na vzdálenostech větších, než je dosah gravitačního pole hvězd v galaxiích. Zvláště dobře to lze pozorovat na tzv. clusterech galaxií, které obsahují velký počet řídce rozložených objektů. Počítačovou analýzou deformací jejich poloh bylo dokázáno, že rozložení temné hmoty je v clusterech silně napravidelné a často zde tvoří podivné útvary, např. prstence. Krom toho se zdá, že temná hmota ve vesmíru může občas existovat i bez přítomnosti hmoty viditelné - byly totiž pozorovány jakési temné galaxie, které se neprojevují ničím jiným, než ohýbáním dráhy světla jiných galaxi, avšak samy viditelnou hmotu neobsahují.

Ukázalo se, že temná hmota je reálně existující jev, se kterým je nutno v teoriích vesmíru počítat, protože její podíl ve vesmíru je ve skutečnosti velmi vysoký. Podle posledních teorií je ve vesmíru temné hmoty kolem 23%, zatímco nám známá baryonová hmota, z níž je složena většina objektů, které můžeme přímo či nepřímo pozorovat, tvoří jen 4%. Zbytek vesmíru 73%, tedy největší část, tvoří takzvaná temná energie, které se přičítá pozorované zrychlování expanze vesmíru. Rovněž bylo zjištěno, že rozložení temné hmoty dobře koreluje s rozložením fluktuací mikrovlnného záření, které se průchodem temnou hmotou polarizuje. Vesmír na velkých vzdálenostech vypadá, jako kdybychom jej pozorovali přes zvlněné sklo. To umožnilo sestavit globální trojrozměrnou mapu temné hmoty, který prostupuje pozorovatelnou oblast vesmíru jako jakási houba nebo pěna, v jejíchž uzlech sedí největší galaxie a hnízda galaxií.

Další indicie přišly ze zcela neočekávané strany. Začátkem 70. let byly na průzkum nejvzdálenějších oblastí sluneční soustavy vyslány dvě sondy Pioneer 10 a Pioneer 11. Se sondou Pioneer 11 ztratili vědci kontakt v roce 1995 a s Pioneerem 10 až v roce 2003. Kosmická plavidla se však z neznámých důvodů při své cestě zpomalovala - a to řádově o stovky tisíc kilometrů. Pečlivou analýzou dat bylo zjištěno, že toto anomální zpomalení je s chybou nějakých 10% rovno součinu rychlosti světla a tzv. Hubblovy konstanty, kterou se vyjadřuje rychlost pozorované expanze našeho vesmíru. K dovršení toho se podobné anomálie nalezly i při oběhu sond kolem Saturnu a dokonce i v případě GPS satelitů, obíhajících Zemi po dráze kolmé k rovníku. To by nasvědčovalo tomu, že existence temné hmoty je úzce spojena s expanzí časoprostoru a že jde tedy v podstatě o geometrický jev.

Jiná pozorování však stále více svědčí pro částicovou povahu temné hmoty. Názorně se to projevuje např. při srážkách galaktických clusterů, ze kterých neviditelná oblaka temné hmoty vytrhují ulpívající závoje hvězd i mezihvězdného plynu, které za sebou táhnou jako chvost. Galaxie se přitom chovají, jako by byly obaleny neviditelným rosolem, zachytávajícím částice viditelné hmoty (tzv. galaktické haló). Galaktické haló je velmi řídké, ale lze jej pozorovat v rentgenovém spektru, protože rentgenové záření atomová jádra rozptylují. To by odpovídalo tomu, že přinejmenším velká část temné hmoty je tvořena neviditelnými částicemi, tzv. WIMPs (weakly interacting massive particles) které se buďto vzájemně odpuzují, nebo velmi slabě interagují jak spolu navzájem, tak se viditelnou hmotou. První představy, že by tyto částice mohla tvořit tzv. reliktní neutrina vzniklá po velkém třesku byly postupně opuštěny, protože zpřesněná měření klidové hmotnosti neutrin ukázala, že jsou příliš lehká na to, aby mohla tvořit více, než pět procent temné hmoty. Podle současných představ se zdá, že temnou hmotu tvoří jednak velmi těžké, zato chladné a pomalu se pohybující částice (tzv. chladná temná hmota), jednak částice velmi lehké, zato se pohybující rychlostí blízkou rychlosti světla (tzv. horká temná hmota).

Podle posledních pozorování rozložení temné hmoty nápadně dobře odpovídá výskytu anihilačního rentgenového záření s typickou vlnovou délkou, které vzniká při srážkách hmoty s antihmotou. To by nasvědčovalo tomu, že WIMPs spolu přece jen v omezené míře interagovat mohou a že temná hmota je buďto částečně tvořena hmotou a antihmotou, nebo se v ní anihilační záření tvoří vzájemnými srážkami tzv. neutralin, částic, které předpovídá tzv. teorie supersymetrie (SUSY). Některé kosmologické teorie proto temnou hmotu začlenily do svých modelů a předpokládají, že krátce po vzniku vesmíru byla jeho podstatná část tvořená temnou hmotou, která se postupně rozptylovala. Srážkami částic temné hmoty přitom vznikalo energetické záření a částice viditelné hmoty, které postupně kondenzovaly. Jakmile se od sebe oblaka temné hmoty oddělila v době asi před pěti miliardami let, expanze vesmíru jakoby rozmrzla a začala se zrychlovat do dnešní podoby. 

Creative Commons License
Blog, jehož autorem je Milan Petřík, podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora-Neužívejte dílo komerčně-Zachovejte licenci 3.0 Česko.

Milan Petřík

Související články


iOAUmZwoNaqnmpRYimeqFclFz03:2131.7.2011 3:21:22
ORTVTptrLjRcxFoQUzpsGtiDKCwIayKlXd06:4420.7.2011 6:44:37
jKEOtRpvetQofvYHgUScPCNHEjneS05:0417.7.2011 5:04:49
PetrikRe: Výborný článek, ale..15:5130.12.2009 15:51:02
PepeVýborný článek, ale:08:4630.12.2009 8:46:38

Počet příspěvků: 5, poslední 31.7.2011 3:21:22 Zobrazuji posledních 5 příspěvků.

Milan Petřík

Milan Petřík

Aktuality a postřehy ze světa vědy

Astronomie, fyzika

REPUTACE AUTORA:
0,00

Seznam rubrik