Tvoří temnou hmotu extrémní supertěžké částice? Kredit: Hexe78 / deviantart.

Asi je už opravdu zbytečné opakovat, jak potměšilá je temná hmota s temnou energií. Vidíme kolem sebe celý vesmír, se všemi jeho galaxiemi, hvězdami a mlhovinami. Je obrovský. A přitom tohle všechno je jenom malá část skutečného vesmíru. Celý zbytek vesmíru se skrývá v temnotě a odtamtud se nám směje. Fyzici se tohle tajemství snaží rozluštit jako nic jiného. Ale temná hmota divoce vzdoruje, o temné energii ani nemluvě. Není divu, že se nespokojení vědci uchylují ke stále větším extrémům, které by za normálních okolností ponechali ve světě astrofyzikální science fiction. Například nedávno navržená Planckovská interagující temná hmota (Planckian Interacting Dark Matter, čili PIDM), to je extrém par excellence.

Martin Sloth. Kredit: CP3-Origins.

Proč jsme přes veškeré, velice usilovné snažení zatím žádnou temnou hmotu nenašli? Martin Sloth z centra The Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology (CP3-Origins) Univerzity jižního Dánska a jeho kolegové ve studii uveřejněné časopisem Physical Review Letters navrhují, že možná hledáme částice temné hmoty způsobem, jakým je nikdy nemůžeme odhalit. Možná je temná hmota natolik odlišná od našich stávajících představ, že musíme úplně od základů změnit svůj přístup.

Vědci už celá desetiletí pracují s konceptem, v němž jsou částice temné hmoty relativně lehké a jen velmi slabě interagují s běžnou hmotou. Takové částice by bychom měli upéct ve srážkách na urychlovačích částic. Říká se jim WIMPy (Weakly-Interacting Massive Particles) a podle příslušných teorií měly vzniknout v ohromných množstvích bezprostředně po Velkém třesku. Jenže žádný z našich důmyslných a pořádně nákladných experimentů, zatím po takových částicích nenašel ani sebemenší stopu. Otázkou je, co s tím.

WIMPy stále nejsou na dohled. Kredit: CDMS / UC Berkeley.

Sloth a jeho spolupracovníci navrhují, že bychom měli hledat mnohem těžší částice, které interagují s běžnou hmotou jedině prostřednictvím gravitace. Vzhledem k jejich váze je nemůžeme přímo detekovat. A když Sloth a spol. říkají mnohem těžší, tak tím mají na mysli naprosto šíleně těžké částice. Nazvali je částicemi Planckovské interagující temné hmoty (PIDM). Jedna taková částice by měla být asi tak 10 miliard miliardkrát (nebo 10 trilionkrát) těžší než proton. To odpovídá zhruba jednomu mikrogramu. Na jednu částici velice slušný výkon. Pokud takové supertěžké částice vskutku existují, tak by měly mít tak strašlivou hustotu, že jsou vlastně neustále jednou nohou ve zhroucení do maličké černé díry.

Když si je badatelé namodelovali, tak se ukázalo, že by takové částice mohly vzniknout, pokud by byl vesmír na počátku extrémně horký. Tak horký, jak ještě umožňují horní limity teorie Velkého třesku. Potíž je v tom, že s takhle strašlivě hmotnými částicemi nám ani ty nejskvělejší urychlovače částic nepomohou. Sloth s kolegy ale navrhují, že bychom je mohli nepřímo vystopovat v reliktním mikrovlnném záření. Kdyby totiž byl vesmír na počátku doopravdy tak horký, jak požaduje vznik částic PIDM, tak by se v něm měly vytvořit gravitační vlny, jejichž vlnění by se otisklo do reliktního záření. Naše přístroje na to asi zatím nestačí, ale příští generace experimentů pro výzkum reliktního záření by to měla zjistit. Takových experimentů se prý připravuje více než 10. Jejich cílem je proměřit polarizaci reliktního záření, z pozemních observatoří, balónů i satelitů.

Pokud se to v budoucnu povede a některý z experimentů potvrdí existenci bláznivě těžkých částic PIDM, tak to bude mít dalekosáhlé důsledky. Samotné objasnění podstaty temné hmoty bude samozřejmě úchvatné, kromě toho se ale také dozvíme, jak to vlastně bylo s kosmologickou inflací. Co byla zač, jak začala a jak zase skončila. I to je totiž pro nás stále velkou záhadou. Takže, s chutí do toho.


Literatura
University of Southern Denmark 14. 3. 2016, Physical Review Letters 16: 101302, Wikipedia (Weakly interacting massive particles).