Je vesmír plný stealth temné hmoty? Kredit: LLNL.

Chceme chytit temnou hmotu. Strašně moc to chceme. A stále se nám to nedaří. Tam, kde selhávají osvědčené postupy, se otevírá prostor pro fantazii a improvizaci. Astrofyzici se teď očividně inspirovali u US Air Force, kteří mají v dnešní době jako jediní v aktivní službě bojové letouny se stealth technologií, a vymysleli hypotézu stealth temné hmoty. Vlastně se to nabízí samo. Temná hmota se ze všech sil vyhýbá detekci v pozemských experimentech, tak jako se stealth letadla a lodě vyhýbají radarům. 

Pavlos Vranas.

Přišli s tím Pavlos Vranas z kalifornských laboratoří Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a jeho kolegové, sdružení do skupiny, která si říká Lattice Strong Dynamics Collaboration. Vranas a spol. za tím účelem zkřížili teoretické výpočty a počítačové modely, které jim vytvořil jejich domácí, masivně paralelní a 2-petaflopový superpočítač Vulcan. Jejich studie se objeví v novém čísle časopisu Physical Review Letters, jako výběr šéfredaktora. Z nového modelu temné hmoty vyplývá, že je doopravdy „stealth“, ale že by ji zároveň mělo být relativně snadné odhalit v extrémně žhavé plazmě, za podmínek blízkých počátku vesmíru. V takové situaci by se stealth temná hmota měla prozradit v interakcích s běžnou hmotou.

Podle Vranase lze z rozložení běžné a temné hmoty soudit, že před vychladnutím mladého vesmíru došlo k vybalancování poměrů mezi běžnou a temnou hmotou. A právě to je v souhlasu s představou stealth temné hmoty, která by mohla ve žhavém ranném vesmíru vstupovat do interakcí s běžnou hmotou. Temná hmota tvoří asi 83 procent veškeré hmoty známého vesmíru. Potíž je v tom, že temná hmota podle všeho nevyzařuje ani neabsorbuje zachytitelné množství elektromagnetického záření, takže je pro nás klasickými astronomickými technologiemi neviditelná. Prozrazuje se jenom nepřímo, svým gravitačním působením, které se nedá ve vesmíru kolem nás přehlédnout.

Logo Lattice Strong Dynamics Collaboration

Klíč k pochopení stealth temné hmoty prý tkví v její složené povaze. Je to jako s neutrony. Skládají se z kvarků a když se kvarky ocitnou v prostředí o extrémně vysoké teplotě, tak interagují prakticky se vším, co se dostane do jejich blízkosti. Když jsou ale příslušné kvarky chladné, tak se prostě spojí do elektricky neutrální složené částice – neutronu. Kvarky v neutronu jsou svázány běžnou formou silné jaderné interakce, jak ji popisuje kvantová chromodynamika. Podle Vranase a spol. by stealth neutrony temné hmoty měly být tvořeny podobným způsobem, jen by jejich komponenty svazovala nová, doposud nepopsaná forma silné interakce, produkt temné kvantové chromodynamiky.

Superpočítač Vulcan. Kredit: LLNL.

Pokud by Vranas a spol. měli pravdu, tak by temnou hmotu tvořily částice jen několiksetkrát těžší než proton a navíc složené z elektricky nabitých komponent, které ale přesto až doposud unikaly našemu veškerému snažení. Podobně jako protony by i částice stealth temné hmoty byly stabilní a poločas jejich rozpadu by přesahoval délku dosavadní existence vesmíru. Při jejich vzniku by mělo vzniknout velké množství dalších částic, shodou okolností elektricky nabitých. Takové částice by neměly dlouhou životnost a rozpadly by se krátce po velkém třesku. Srážeč částice s pořádným výkonem, jako je třeba LHC v CERN, by je ale mohl opět vytvořit, nejspíš poprvé od dob těsně po Velkém třesku. Díky jejich elektrickému náboji bychom je měli poznat. Podle Vranase už možná brzy zjistíme, jestli žijeme obklopeni stealth temnou hmotou anebo ne.


Literatura
Lawrence Livermore National Laboratory 24. 9. 2015, arXiv:1503.04205, Wikipedia (Dark matter, Quantum chromodynamics).