Skrytá síla temné hmoty by mohla změnit naše chápání vesmíru

Temná hmota formuje galaxie a rozsáhlou strukturu vesmíru prostřednictvím gravitace, ale nikdo neví, zda je gravitace jejím jediným vlivem. Částice temné hmoty se mohou také navzájem přitahovat prostřednictvím skryté síly, kterou běžná hmota necítí.

Výzkumníci zkoumali tuto možnost v časopise Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) a dospěli k neintuitivnímu závěru. Dodatečná přitažlivá síla může přiblížit částice temné hmoty k sobě, aniž by urychlila celkový růst kosmické struktury. Za většiny zkoumaných podmínek tento růst ve skutečnosti potlačuje.

Tato myšlenka získala pozornost, protože stále přesnější měření ne vždy produkují dokonale konzistentní obraz vesmíru. Pozorování kosmické expanze a měření vývoje galaxií a větších struktur v čase ukazují malé, ale přetrvávající rozdíly.

Některé studie vzdáleného vesmíru naznačují, že expanze mohla v minulosti probíhat o něco pomaleji, než předpovídá standardní kosmologický model. Pozorování kosmického mikrovlnného pozadí, tedy zbytkového záření z raného vesmíru, mezitím naznačují, že hmota by mohla být silněji shlukována napříč největšími měřítky, než se očekávalo.

Tyto neshody zůstávají mírné, ale povzbudily fyziky k testování, zda standardnímu modelu chybí nějaká vlastnost temné hmoty nebo jiná kosmická složka.

Skrytá síla by mohla zaplnit mezeru
Jednou z možností je „temná síla“, která působí pouze mezi částicemi temné hmoty. Protože taková interakce by mohla změnit jak kosmickou expanzi, tak i formování galaxií a dalších struktur, mohla by pomoci vysvětlit některá pozorovaná napětí.

„To, co o temné hmotě skutečně víme, jsme se dosud dozvěděli pouze prostřednictvím jejích gravitačních účinků,“ říká Zachary Weiner, výzkumník z Perimeter Institute for Theoretical Physics, hlavní autor studie. „To ponechává otevřenou možnost, že temná hmota by mohla mít další interakce, které jsou před běžnou hmotou skryté.“

Weiner a jeho kolegové zkoumali teoretické modely, ve kterých temná hmota zažívá kromě gravitace i dlouhodobou přitažlivou sílu. Kombinovali teoretické výpočty s kosmologickými pozorováními, aby sledovali dva související efekty: jak přidaná interakce mění historii rozpínání vesmíru a jak ovlivňuje růst rozsáhlých struktur.

Více přitažlivosti neznamená více struktury
Nejjednodušší očekávání je, že další přitažlivá síla by způsobila rychlejší shromažďování temné hmoty. Rychlejší shlukování by pak mohlo vést k hustším kosmickým strukturám a potenciálně vysvětlit pozorování naznačující, že hmota je koncentrovanější, než dovolují standardní předpovědi.

„První věc, kterou byste očekávali, je, že přidání další přitažlivé síly k temné hmotě by mělo způsobit rychlejší růst struktur,“ říká Weiner. „Ale zároveň do hry vstupuje další efekt.“ Skrytá síla skutečně zvyšuje přitažlivost mezi částicemi temné hmoty. To je však pouze jedna část výpočtu a druhý efekt mění konečný výsledek.

Temná hmota se časem stává „světlejší“
V modelech, které vědci zkoumali, stejná interakce, která posiluje shlukování, mění také temnou hmotu s rozpínáním vesmíru. Částice v průběhu času efektivně ztrácejí hmotnost. Tato klesající hmotnost oslabuje jejich gravitační vliv. Ačkoliv se částice shromažďují efektivněji díky dodatečné síle, jejich snížený gravitační dopad převažuje nad dodatečným shlukováním.

V důsledku toho interakce neposiluje vliv temné hmoty na kosmické mikrovlnné pozadí. Ve většině studovaných scénářů spíše zpomaluje celkový vývoj kosmické struktury.

Toto zjištění omezuje širší teorie
Výsledek by mohl ovlivnit teorie, které sahají za nejjednodušší modely temné síly. Několik vysvětlení navržených pro nedávná měření z přístroje Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) zahrnuje související interakce mezi částicemi temné hmoty.

Podle výzkumníků je pravděpodobné, že stejná konkurence mezi silnější přitažlivostí a klesající efektivní hmotností bude fungovat v mnoha z těchto propracovanějších modelů. Jakýkoliv pokus o využití interakcí temné hmoty k vysvětlení kosmologických pozorování proto musí zohledňovat oba efekty, spíše než předpokládat, že přidaná přitažlivost automaticky vytváří větší struktury.

Nové průzkumy a observatoře produkují měření s neustále se zlepšující přesností. Porovnání těchto pozorování s předpověďmi z modelů, jako jsou tyto, může zúžit rozsah skrytých interakcí, které temná hmota může – a nemůže – mít.

„Vesmír je často jemnější než naše intuice,“ říká Weiner. „Právě proto musíme tyto myšlenky neustále testovat.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/dark-matters-secret-force-could-reshape-our-understanding-of-the-universe/

autor: František Martinek