Je temná hmota částečně nabitá?

Neobvyklé vysvětlení záhadného chladicího účinku v ranném vesmíru

Přispěla temná hmota k ochlazení pravěkých plynů v prvních dnech vesmíru? © CfA / M. Weiss
číst nahlas

Překvapující teorie: Malý zlomek temné hmoty by se mohl skládat z částic se slabým elektrickým nábojem - američtí vědci naznačují. Ačkoli to odporuje běžným názorům na temnou hmotu, bylo by teoreticky možné, jak předpovídají. Pokud by to bylo potvrzeno, mohlo by to vysvětlit, proč byly mraky prvotního plynu ve vesmíru mnohem chladnější, než by měly být.

Ve vesmíru je pětkrát více temné hmoty než normální viditelná hmota. Jejich vliv gravitace formuje strukturu vesmíru. Ale co temná hmota sestává a jaké vlastnosti její částice mají, je záhadné. Za možné kandidáty se považují WIMP (Slabé interakce masivních částic), SIMP (Silně interagující masivní částice) nebo lehké axiony. Ale všichni jsou čistě hypotetičtí - neexistují žádné důkazy.

Příliš chladno

Nyní Julian Munoz a Abraham Loeb z Harvardské univerzity možná odkryli překvapující novou vlastnost temné hmoty. To bylo vyvoláno nedávnými výsledky z dalekohledu EDGES v Austrálii. S touto anténou vědci zachytili signály pravěkých vodíkových mraků - excitovaných molekul plynu z doby pouhých 180 milionů let po Velkém třesku.

Je to ale divné: tyto rané mraky plynu byly mnohem chladnější, než by měly být. Jejich teplota byla jen asi tři Kelviny - dvakrát tak nízká, jak se očekávalo. „Toto pozorování je obtížné sladit se standardním kosmologickým modelem, “ říká Munoz a Loeb. Protože se kosmický plyn může snadno zahřát, je velmi obtížné ho dále ochladit. „Baryony tohoto plynu musely interagovat s něčím ještě chladnějším, “ řekla v březnu Rennan Barkana z Tel Avivské univerzity.

Pohled na rádiový spektrometr EDGES na západním pobřeží západní Austrálie. SIRO Austrálie

Chlazení tmavou hmotou?

Ale jedinou věcí, která byla v ranném vesmíru chladnější než prapůvodní plynové mraky, byla temná hmota. Teoreticky by tedy mohly být použity pouze jako chladicí prostředky pro oblaky pravěkých plynů, jak zdůrazňují Munoz a Loeb. Problém: Podle současné teorie temná hmota interaguje pouze s gravitací prostřednictvím zbytku vesmíru. V důsledku toho není možný přenos tepla nebo chladu. zobrazit

Ale existuje jiný způsob, jak určili astronomové: Malá část temné hmoty by pak mohla krátce po Velkém třesku mít slabý elektrický náboj. To by umožnilo částicím této formy exotické hmoty interagovat s prvotním plynem a ochladit ho. „Pokud jen malá část méně než jedno procento dark tmavé hmoty měla malý náboj milionkrát slabší než elektron, pak by to mohla být data z experimentu EDGES vysvětlit “, stav Munoz a Loeb.

Žádný rozpor s běžnými pozorováními

Na první pohled se to zdá velmi nepravděpodobné. U všech předchozích měření a pozorování uveďte, že temná hmota není nabitá a nevyvíjí žádnou elektromagnetickou aktivitu. Jak však vědci zdůrazňují, podíl nabitých částic by byl stejně extrémně nízký a jejich náboj tak slabý, že by to nebylo možné zjistit dnešní technologií. „Takové malé náboje jsou nezjistitelné, a to iu největších urychlovačů částic, “ říká Loeb.

Tmavá hmota (modrá) je neviditelná, lze ji detekovat pouze nepřímo. NASA / CXC / M. bílá

Kromě toho by toto malé množství náboje mohlo existovat pouze v počátcích vesmíru. Vědci to vidí jako analogii vývoje normální hmoty: Většina volně létajících protonů a elektronů po velkém třesku se pak spojila a vytvořila neutrální atomy. Několik z těchto nabitých elementárních částic však původně zůstalo volné. Totéž se mohlo stát s temnou hmotou, podle Munoze a Loebe.

Signály lze detekovat

Ačkoli to je dosud čistá teorie, Munoz a Loeb věří, že časný chladicí účinek temné hmoty může být v budoucnu dobře detekovatelný. Signály elektromagnetické a tepelné interakce tmavé hmoty a hmoty tak mohly být nalezeny ve spektrálních signálech z kosmického času.

"Baryonové chlazení by vedlo k dalším výkyvům v 21 centimetrové linii několika procent, " vysvětlili vědci. „To by bylo možné detekovat pomocí budoucích 21 centimetrových interferometrů, jako je HERA30.“ Kdyby byly tyto signály skutečně detekovány, byl by to pocit - a další překvapující aspekt tajemství temné hmoty. (Nature, 2018; doi: 10, 1038 / s41586-018-0151-x)

(Harvard-Smithsonianovo centrum pro astrofyziku, 04.06.2018 - NPO)