V nejnovějším čísle časopisu Physical Review D ruští vědci publikovali výsledky svého bádání, z kterého vyplynulo, že temná hmota byla (a možná ještě je) složena z nestabilních částic. V době bezprostředně po velkém třesku této nestabilní složky bylo o dvě až pět procent víc.
Temná hmota
Neměli bychom si jí plést s temnou energií, které je ve vesmíru mnohem více (téměř tři čtvrtiny) a která je prostorově rozmístěna rovnoměrně. Temná hmota není rovnoměrně rozprostřena a navíc je vůči temné energii v menšině. Má se zato, že tvoří shluky hodně podobné těm, jaké tvoří viditelná hmota a podobně jako ona se také projevuje - gravitací.
I když hovoříme stále jen o hypotetické hmotě, kterou nikdo neviděl, nejspíš existuje, protože bez ní nejde vysvětlit podivné chování galaxií. První podezření na existenci velkého množství skryté hmoty, která neemituje žádné záření, padlo už v roce 1930, když Fritz Zwicky objevil "zvláštnosti" v kupě galaxií v souhvězdí Vlasy Bereniky. Všiml si, že se galaxie pohybují, jako by byly pod vlivem gravitace z neviditelného zdroje. A protože skrytou hmotu známe jen z jejího gravitačního účinku, proto se jí dostalo pojmenování temná hmota. Z měření Planckova kosmického dalekohledu je její podíl ve vesmíru 26,8 %. Té „obyčejné“ hmoty jsou 4,9 % a temné energie 68,3 %.
I když nám temná hmota zůstává skryta, poznání jejích vlastností by mohlo vyřešit problém, který vyvstal z dat naměřených Planckovým teleskopem, když přesně změřil výkyvy teploty vesmírného mikrovlnného pozadí, považované za "echo" počátečního velkého třesku. Měřením těchto výkyvů vědci byli schopni vypočítat základní kosmologické parametry krátce po vzniku vesmíru, kdy mu bylo jen asi 300 000 let (myšleno po Big Bangu). Objevil se ale problém s interpretací naměřených dat a především s Hubbleovou konstantou.
Přímo změřená rychlost expanze galaxií v nynějším vesmíru, se ukázala být jiná. Ke zmíněné konstantě kdysi dospěl astrofyzik Hubble. Bylo to ve dvacátých letech minulého století při měření rychlosti vzdalování spirálních galaxií pomocí rudého posuvu spektrálních čar. Sestrojil diagram, který ukázal naprosto jednoznačně lineární vztah obou veličin, tedy rychlosti vzdalování galaxií a jejich vzdálenosti. Na jeho počest se tomuto objevu říká Hubbleův zákon (někdy Hubbleův vztah) a konstantě úměrnosti, kterou se řídí, Hubbleova konstanta. Ta měla mít zhruba 500 (km/s)/Mpc.
Novější poznatky její hodnotu ale neustále snižují. Podle posledního měření z roku 2013 provedené sondou Planck, by měla mít hodnotu už jen 67,15 ± 1.2 (km/s)/Mpc, a po přepočtu dat 73,2 (km/s)/Mpc, nicméně to je stále o mnoho méně, než se původně předpokládalo.
Jak nyní autoři popisují, na Hubbleovu konstantu popisující rychlost rozpínání vesmíru, nesedí parametr počtu galaxií v klastrech a rozdíly jsou podstatně větší, než aby šlo o chyby měření. Z toho vyvozují, že buďto jde o nějakou neznámou chybu, kterou ale astronomové nepředpokládají, nebo by pak muselo být složení prvotního vesmíru značně jiné, než jaké jsme předpokládali a jaké je dnes. Zmíněný rozpor lze smazat jimi navrhovanou představou rozpadající se temné hmoty (DDM hypotéza). Laicky řečeno, raný vesmír měl hodně temné hmoty, ale nějak nám jí část ztrouchnivěla a rozpadla se.
Nejde o nikterak složitou představu. Předpokládá, že temná hmota se skládá z několika složek, podobně jako je tomu u „obyčejné" hmoty, kterou tvoří protony, elektrony, neutrony, neutrina a fotony, ale s tím, že jedna ze složek temné hmoty je z nestabilní částice s poměrně dlouhou životností. V takovém případě by pak stovky tisíc let po Velkém třesku (v době vzniku vodíku), tedy v raném vesmíru, bylo hmoty víc, ale miliardy let poté (tedy dnes), jsou již některé z těchto částic rozpadlé a převtělené do neutrin, nebo hypotetických relativistických částic. V takovém případě by pak přístroje naměřili právě to, co nyní naměřily - že totiž množství temné hmoty v éře tvorby vodíku a dnes (v dalekém vesmíru a tom blízkém) se rozchází.
Autoři studie svou představu podpírají analýzou dat získaných Planckovým teleskopem. Když porovnávali jejich konzistenci s jejich DDM modelem (decaying dark matter) počítajícím s rozpadající se temnou hmotou ve vesmíru a standardním modelem Λ CDM (Lambda-studenou temnou hmotou), který pracuje se stabilní temnou hmotou s větší klidovou hmotností, zprostředkovanou dosud neobjevenými slabě interagujícími hmotnými částicemi. Vyšlo jim, že jimi propagovaný DDM model (prošustrované temné hmoty) je s naměřenými daty v mnohem větším souladu. Nicméně i u něj je zádrhel. A sice v podobě efektu gravitační čočky, která vesmírné mikrovlnné záření na pozadí gravitačního pole zkresluje. Výrazně tak snižuje podíl rozkládající se temné hmoty. Igor I. Tkachev poznatky jejich týmu uzavírá slovy: "V dnešním vesmíru je o 5 procent méně temné hmoty než v době rekombinace. Nyní ještě nejsme schopni říci, jak rychle se její nestabilní část rozkládala a rozkládá. Temná hmota se i dnes může stále rozpadat, ale to už by chtělo ještě složitější model stavby vesmíru, než o jakém jsme dosud uvažovali".
Literatura
A. Chudaykin, D. Gorbunov, Igor. I. Tkachev.: Dark matter component decaying after recombination: Lensing constraints with Planck data. Physical Review D (2016). DOI: 10.1103/PhysRevD.94.023528
Přednáška Vadimíra Wagnera (2014)
Přednáška Petra Kulhánka na téma Temná energie a temná hmota z roku 2014 ZDE.