Kupa galaxií Abell 2744. Horký plyn červeně, temná hmota modře. Kredit: ESA/XMM-Newton (X-rays); ESO/WFI (optical); NASA/ESA & CFHT (dark matter).

Už je to opravdu poněkud únavné, ale temná hmota si stále nedala říct. Fyzici jsou hodni obdivu za to, jak tvrdošíjně jdou temné hmotě po krku a napínají invenci k prasknutí. Nic jiného jim ale vlastně nezbývá. Ve vesmíru pozorujeme celou řadu projevů temné hmoty a zároveň nemáme po ruce alternativní řešení, které by všechny tyto jevy vysvětlilo lépe než temná hmota.

Pátrání po temné hmotě lemují vraky neúspěšných kandidátů na částice či objekty, které by mohly tvořit temnou hmotu. Sterilní neutrina, supersymetrické částice, WIMPy, objekty MACHO. Teď jsou za slibné kandidáty nejčastěji považovány axiony, ultralehké částice, které by mohly v ohromujících množstvích zaplavovat vesmír. Pokud existují. Intenzivní pokusy je odhalit zatím vyzněly zcela naprázdno.

Thomas C. Gehrman Jr. Kredit: University of Oklahoma.

Někteří kosmologové se teď proto přiklánějí k možnosti, že částice temné hmoty jsou mnohem vzácnější, ale současně mnohem těžší, například v porovnání se zmíněnými axiony. Thomas Gehrman z University of Oklahoma a jeho kolegové nalezli mechanismus, kterým by částice takové ultratěžké temné hmoty (UHDM, Ultra Heavy Dark Matter), s hmotností kolem řádově 10¹² GeV, mohly vznikat velmi záhy po Velkém třesku.

Badatelé vycházejí z toho, že během bouřlivého vychládání vesmíru v prvních okamžicích po Velkém třesku docházelo k dramatickým fázovým přechodům, při nichž se i měnila fyzika vesmíru. Během jednoho z takových fázových přechodů mohlo dojít k tomu, že vznikaly bubliny, v nichž se fáze už změnila, obklopené prostředím, v nichž ke změně ještě nedošlo. Jako když vznikají bubliny ve vařící vodě.

Logo. Kredit: University of Oklahoma.

Gehrman a spol. vytvořili scénář, v němž temná hmota byla nejprve lehká, ale po fázových přechodech ztěžkla. Částice jejich temné hmoty se ocitly polapené ve zmíněných bublinách, v nichž pak raketově vzrostla hustota, a vzápětí se zhroutily do černých děr. Ty se brzy vypařily Hawkingovým zářením. Vše by se odehrálo ještě před objevením běžné hmoty.

Zmíněné odpařování černých děr na samotném úsvitu vesmíru by podle Gehrmanova týmu vedlo k vytvoření nikoliv jen jednoho typu částic temného hmoty, ale mnoha rozmanitých druhů částic. Sdílely by jisté podobnosti, třeba onu „temnost,“ ale zároveň by se lišily hmotností, energií nebo interakcemi s běžnou hmotou. Byla by rozsáhlá sbírka částic, nikoliv nepodobná periodické tabulce běžné hmoty. Vzhledem k opětovnému vzniku temné hmoty by to vlastně byla svého druhu „recyklace“ temné hmoty.

Jak to bohužel s temnou hmotou bývá, je to zatím zcela hypotetický koncept, jehož ověřování bude svízelné. Jistě by pomohla přímá detekce částic temné hmoty, ale je ve hvězdách, kdy k tomu dojde. Pokud se gravitačním astronomům povede zachytit gravitační vlny Velkého třesku, měli bychom přístup k novým informacím o samotném vzniku vesmíru, což by také mohlo leccos objasnit. Uvidíme, co se bude dít.

Literatura

Live Science 10. 11. 2023.

arXiv:2310.08526.