Na jaře minulého roku jsme se se slávou dozvěděli, že jsou vědci krůček od identifikace tajemné temné hmoty. Byla by to přímo vědecká bomba tisíciletí. Jak se zdá, bylo počáteční nadšení předčasné a onen pověstný krůček začíná mohutnět. Vypadá to tak, že určitého pokroku jsme dosáhli, ale na konečné řešení otázky temné hmoty si ještě pár let počkáme.
Objev detektoru ISS
Od roku 2011 je na ISS (Mezinárodní vesmírné stanici) v provozu ohromný detektor AMS (Alpha magnetic Spectometr), který měří tok nabitých elektrických částic kosmického záření. Po dvou letech práce první výsledky měření vyvolaly mezi vědci bouři nadšení díky novým informacím o temné hmotě. Nositel Nobelovy ceny za fyziku Samuel Ting, jenž je v čele tohoto výzkumu, očekával další převratná zjištění v řádu měsíců. Jenže uplynul půlrok a temná hmota i nadále odolává svému odhalení.
Tajemná hmota všehomíru
Temná hmota je označení pro hypotetickou masu hmoty ve vesmíru, která nebyla dosud přímo pozorována. O její existenci jsou však vědci přesvědčeni, neboť by vysvětlovala některé rozdíly mezi skutečnými a vypočítanými hodnotami. O složení a fyzikální povaze temné hmoty existuje několik velmi rozporuplných teorií. Temnou hmotu v současnosti můžeme pozorovat pouze nepřímo, tedy podle toho, jak gravitačně působí na své „zářící“ sousedy. Zajímavou dělá temnou hmotu její celkový objem ve vesmíru, podle všeho temná hmota zabírá 26,8% vesmíru. Pro porovnání – námi pozorovaná hmota (baryonová) tvoří jen 4% procenta univerza. Abychom nezapomněli na zbytek, tak ten tvoří temná energie.
Předpokládá se, že temnou hmotu v drtivé většině tvoří tzv. nebaryonová hmota, tedy taková hmota, která není tvořena baryony, ze kterých se skládá většina námi známých vesmírných těles.
Pozitrony – poslové temné hmoty?
Co vlastně vyvolalo tak velké nadšení? Vědci v záznamech o zachycených nabitých částicích objevili velký nárůst pozitronových částic, které by mohly vzniknout rozpadem temné hmoty. Sám Samuel Ting označil temnou hmotu za nejdůležitější otázku současné fyziky, a pokud by se měření AMS potvrdila, byl by to objev srovnatelný s objevem zcela nového neznámého kontinentu.
Planý poplach
Jenže čas od „převratného“ objevu plynul a ukazovalo se, že tentokrát bylo přání otcem myšlenky. Nejprve se zjistilo, že objev pozitronů není nic nového a AMS pouze zpřesnil dřívější měření. AMS nám také dosud nijak nepomohlo odhalit, zda „objevené“ pozitrony jsou opravdu poslové temné hmoty, nebo patří jinému zdroji. Nahlas se v tomto ohledu mluví o pulsarech, čili rychle rotujících neutronových hvězdách. Sečteno, podtrženo, po tři čtvrtě roce od zveřejnění výsledku měření nevíme o povaze temné hmoty o nic víc, než předtím, nevíme tedy vůbec nic.
Jak to tedy je?
V současném převládajícím názoru je temná hmota tvořena velmi těžkými a elektricky neutrálními částicemi, které jsou navíc zcela stabilní. Díky těmto vlastnostem je téměř nemožné takovou částici objevit například v urychlovačích. Ve vesmíru by měla být temná hmota již od jeho počátku a pro svou velkou hmotnost by se měla shlukovat v galaxiích a hvězdách.
Když takovou částici nemůže získat v urychlovači, jak ji tedy pozorovat? Podle všeho by částice temné hmoty měly kromě svých shluků v galaxiích a hvězdách volně poletovat vesmírem a čas od času se srazit. Tím mají vznikat páry nám již velmi dobře známých částic, například protonu a antiprotonu, elektronu a pozitronu.
Lehká teorie, složitá praxe
Tyto vysokoenergetické částice lze dobře zkoumat, a tak můžeme teoreticky zjistit vlastnosti částic temné hmoty před srážkou. To se velmi hezky poslouchá, ale zde je velký rozdíl mezi teorií a praxí. Zkoumání vlastností je v současné praxi velmi složité. Z hlediska identifikace temné hmoty je vhodnější zkoumat antičástice vysokých energií, neboť částic je v kosmickém záření podstatně více a objevit jemný efekt na „nezajímavém“ pozadí je u částic těžší. Nejlepším kandidátem na pozorování z antičástic jsou pozitrony.
Nejméně dvacet let práce?
Nejdůležitější pro pozorování temné hmoty je poměr mezi pozitrony a elektrony. Tento poměr, přesněji poměr pozitronů a součtu pozitronů a elektronů, závisí na energii, a právě tato závislost je klíčem k záhadě temné hmoty. Nejbližším úkolem AMS je tuto závislost co nejpřesněji změřit a hlavně zvýšit interval měřených energií. Pokud by měření dokázala, že kolem hodnoty 300 GeV se růst závislosti frakce pozitronů na energii zastavuje, nebo že by při vyšších energiích dokonce začala klesat, byl by to další krůček na cestě k objevení tajemství temné hmoty.