Historie vesmíru, od počátku až do dneška. Kredit: CfA/M. Weiss.

Ať se všichni snažíme sebevíc, temná hmota je stále temná. A na obzoru není vidět žádné světlo. Fyzici ale naštěstí nepřicházejí o invenci a neustále srší nápady, kterými se snaží dostat pod neproniknutelné brnění, které tuto záhadnou materii vesmíru obepíná. Třeba se jedním z nich konečně strefí a temná hmota prozradí svoji totožnost.

Takový nápad měl i Julian Munoz z Harvardu, který s kolegou navrhuje, že by jistá část temné hmoty mohla mít nepatrný elektrický náboj. Jak říká Munoz, dneska máme elektrická auta a elektronické knihy, tak proč bychom nemohli elektrifikovat i temnou hmotu? Jde sice o skutečně velice mizivý elektrický náboj, jejich studii ale přesto uveřejnil časopis Nature.

Julian Muñoz. Kredit: J. Munoz.

Munoz a jeho spoluautor Avi Loeb prozkoumali možnost existence takové temné hmoty, a také to, že by elektricky nabité částice temné hmoty mohly interagovat s běžnou hmotou prostřednictvím elektromagnetické síly. Jejich výzkum pěkně zapadá do nedávno ohlášených výsledků experiment EDGES (Experiment to Detect the Global EoR (Epoch of Reionization) Signature). Projekt EDGES letos v únoru ohlásil, že detekoval rádiovou stopu první generace hvězd ve vesmíru a možná také doklady o interakci mezi temnou hmotou a běžnou baryonovou hmotou. V tu chvíli se někteří vědci pustili do vyvracení výsledku experimentu EDGES a Munoz s Loebem zase vyrazili pátrat po teorii, která by naopak podpořila jeho výsledky.

Experiment EDGES v rudé pustině Západní Austrálie. Kredit: Suzyj / Wikimedia Commons.

Na počátku celého příběhu jsou první hvězdy, přízračná monstra, která vyzařovala spoustu UV záření. Podle obecně přijímaného scénáře toto UV záření interagovalo s chladnými atomy vodíku v plynu, který tehdy vyplňoval prostor mezi hvězdami. Díky tomu tento vodík mohl absorbovat mikrovlnné záření vesmíru (CMB), tehdy ještě velmi čerstvé. Mělo k tomu dojít asi 200 milionů let po Velkém třesku a absorpce vodíkem by měla mést k poklesu intenzity mikrovlnného záření vesmíru ve zmíněné době.

Avi Loeb. Kredit: Aviloeb / Wikimedia Commons.

Tým experimentu EDGES tvrdí, že objevil stopy po takové absorpci mikrovlnného záření. Problém je ale v tom, že teplota vodíkového plynu, k jaké dospěl EDGES, je zhruba poloviční proti teoretickým předpokladům. Co mohlo tehdejší vodíkový plyn ochladit? Podle Munoze je jednou z možností právě elektricky nabitá temná hmota.

Za daných okolností by se elektrony či protony běžné hmoty v inkriminované době měly pohybovat nejmenšími možnými rychlostmi. Právě v nízkých rychlostech je přitom nejvíce efektivní rozptyl nabitých částic. Badatelé z toho vyvozují, že by 200 milionů let po Velkém třesku měly být interakce mezi běžnou hmotou a temnou hmotou nejsilnější tehdy, když by některé částice temné hmoty byly elektricky nabité. A díky těmto interakcím podle Munoze a Loeba došlo k ochlazení vodíkového plnu.

Jestli mají Munoz s Loebem pravdu, tak by temná hmota, o které je řeč, mohla mít elektrický náboj tak asi jako jedna miliontina elektronu. Právě takovou hodnotu naznačují pozorování projektu EDGES. Jenomže tak nepatrný elektrický náboj je zcela mimo zorné pole dnešních urychlovačů částic, včetně nejvýkonnějšího LHC v CERNu.

Autoři studie tvrdí, že by ve skutečnosti měla mít elektrický náboj jenom malá frakce částic temné hmoty. Jenom tak bude elektricky nabitá temná hmota ve shodě s experimentem EDGES a zároveň nebude v rozporu s dalšími pozorováními vesmíru. Na počátku vesmíru se elektricky nabité protony a elektrony zkombinovaly do elektricky neutrálních atomů. Munoz a Loeb spekulují, že by to s částicemi temné hmoty mohlo být podobné. Pokud se jejich nápad potvrdí budoucím výzkumem, tak se konečně dozvíme něco pořádného o temné hmotě. Buď jak buď, záhada stále trvá.

Video:  ITC Luncheon March 1, 2018: Lincoln Greenhill & Julian Munoz


Video:  The Case for Cosmic Modesty | Abraham (Avi) Loeb | TEDxHarvardCollege


Literatura
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) 30. 5. 2018, Nature 557: 684–686.