Jsou kolem černých děr mračna temné hmoty? Kredit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman / Wikimedia Commons.

Kdyby byl Mlok Scamander políbený astrofyzikou, mohl by sepsat pokračování svého bestselleru „Temná hmota a kde ji najít“. Hon na temnou hmotu stále pokračuje, a zatím se nezdá, že bychom byli blíž cíli. Pokud temnou hmotu tvoří doposud neznámé částice, což je jenom jedna z možností, mohly by to být třeba ultralehké bosony.

Bosony představují kategorii částic, fyzik by řekl se symetrickou vlnovou funkci a celočíselným spinem, která zahrnuje například fotony nebo legendární Higgsovy bosony. Podle některých modelů mohou existovat doposud neobjevené bosony s velice nepatrnou hmotností, které jsou tím pádem kandidáty na temnou hmotu.

Jak říká Lilli Sun z OzGrav, badatelka z extrémně početného týmu, problém je v tom, že ultralehké bosony je nesmírně obtížné detekovat na Zemi. Pokud existují, tak s běžnou hmotou interagují jen velice vzácně. Proto Sunová s kolegy hledají ultralehké bosony ve vesmíru. Vycházejí přitom z toho, že se temná hmota, pokud víme, projevuje především skrze gravitaci. Stopují tudíž temnou hmotu s využitím gravitačních vln.

V současné době detekujeme gravitační vlny, které přilétly z velkolepých srážek extrémních objektů, jako jsou černé díry nebo neutronové hvězdy. Gravitační vlny ale vznikají i při mnoha méně dramatických událostech, jen se musíme víc snažit při jejich detekci.

Lilli Sun. Kredit: Tracey Nearmy / ANU.

Sunová s kolegy jsou přesvědčeni, že pokud temnou hmotu tvoří ultralehké bosony, tak by mohly vytvářet mračna kolem rychle rotujících černých děr. Podle toho, co zatím víme, tak černé díry obvykle rotují, přímo ďábelskou rychlostí. Mračno ultralehkých bosonů by mělo rotaci černé díry brzdit. Pokud se takové mračno bude zmenšovat díky anihilaci zmíněných bosonů, tak bude docházet ke vzniku gravitačních vln specifického charakteru. Takové gravitační vlny bychom mohli detekovat.

Scenerie detektoru observatoře LIGO v Hanfordu. Kredit: Umptanum / Wikimedia Commons.

Badatelé věří, že černé díry mohou polapit ohromná množství ultralehkých bosonů, samozřejmě pokud existují. Gravitační vlny je mohou prozradit. Sunová s kolegy již analyzovali data ze 3. kola pozorování gravitační observatoře aLIGO. Nic zajímavého nenašli, ale nevzdávají to.

Jak je v podobných případech zvykem – nebylo to úplně zbytečné. Vyloučili část typů bosonů a část typů předpovězených mračen těchto bosonů. Z jejich výsledků vyplynulo, že v Mléčné dráze se nevyskytuje určitý typ bosonových mračen, která by byla mladší než 1 000 let, a že do vzdálenosti 3 260 světelných let od Země zřejmě nejsou mračna, kterým by bylo méně než 10 milionů let. Gravitační signál bosonových mračen by měl totiž slábnout s jejich přibývajícím stářím. Více by mohly prozradit budoucí gravitační observatoře.

Literatura

New Atlas 1. 12. 2021.

arXiv:2111.15507.