Wolf-Rayetova hvězda WR 124 je jako malý Velký třesk dnešního vesmíru. Kredit: Judy Schmidt.

Kosmologové se většinou shodnou, že zhruba před 13,8 miliardami let došlo k Velkému třesku, explozivní události, která spustila rozpínání vesmíru. Samotný Velký třesk je stále velkou záhadou. Je plný singularit a extrémů, které se vzpěčují chápání a také fyzikálnímu popisu. Prý by to měla spravit kvalitní teorie kvantové gravitace, pokud se někdy nějaká objeví, uvidíme.

Prozatím zůstává Velký třesk, jako start standardního kosmologického modelu vesmíru, velmi exotickým fenoménem, po němž v rychlém sledu následovaly další, rovněž exotické události. Po uplynutí nesmírně krátkého intervalu se čerstvě zrozený vesmír zřejmě z nejasných důvodů prudce nafoukl kosmologickou inflací, na jejímž konci se zhroutila exotická kvantová pole, která se zřejmě podílela na inflaci a vesmír zaplavily základní částice a záření.

Katherine Freese. Kredit: University of Michigan.

Když bylo vesmíru méně než 20 minut, podle všeho proběhla prvotní nukleosyntéza (BNN, Big Bang Nucleosynthesis), během níž se poprvé zformovala jádra atomů lehkých prvků (kromě základního vodíku, což je jen jediný proton) – deuteria, helia-3, helia-4, lithia-6 a lithia-7, plus jádra dalších méně stabilních izotopů.

Prvotní nukleosyntéza je pilířem moderní kosmologie. Kosmologové si libují, jak pěkně naše představy o prvotní nukleosyntéze odpovídají množství vodíku a helia. Přesto jsou stále v konceptu Velkého třesku díry, které je nutné zalátat. Jednou z nich je původ temné hmoty. Obvykle se předpokládá, že se během Velkého třesku a následných procesů kromě částic běžného hmoty nějak objevily i částice temného hmoty, které se od té doby potulují vesmírem a ničeho si moc nevšímají.

Logo. Kredit: University of Texas at Austin.

Katherine Freese a Martin Wolfgang Winkler z americké z University of Texas, Austin a švédského Oskar Klein Center for Cosmoparticle Physics na University of Stockholm nabízejí jiný pohled. Podle nich nebyla prvotní nukleosyntéza jedinou takovou událostí v době bezprostředně po Velkém třesku.

Vidí to tak, že temná hmota měla vlastní „evoluční“ trajektorii. V jejich scénáři rovněž dochází k Velkému třesku a kosmologické inflaci. Rozdíl je v tom, že na konci inflace se ve vesmíru objevilo záření s částicemi, ale nikoliv částice temné hmoty. Ve vesmíru přitom zůstala část z výše zmíněných exotických kvantových polí. Na ty, podle Freeseové s Winklerem, měla dojít řada až poté, co se vesmír ještě více ochladil. Zbylé kvantové pole se přeměnilo a přitom vznikly částice temné hmoty.

Autoři studie tomu říkají Temný třesk (Dark Big Bang). Pokud k němu došlo, tak to podle nich mělo být dříve, než byl vesmíru 1 měsíc. Zároveň spočítali, že by Temný třesk měl vytvořit silné a velmi specifické gravitační vlny, které by se mohly ve vesmíru vlnit až dodnes. Výkonné gravitační observatoře, například soustavy pulzarových detektorů, by je mohly zachytit.

Video: Katherine Freese on Dark Matter | California Academy of Sciences

Literatura

Universe Today 5. 3. 2023.

arXiv:2302.11579.