Většina normální hmoty ve vesmíru se nenachází v planetách, hvězdách ani galaxiích

Pokud se podíváte dalekohledem do vesmíru, uvidíte nespočet galaxií, z nichž většina hostí velké centrální černé díry, miliardy hvězd a jejich doprovodné planety. Vesmír se hemží obrovskými, velkolepými objekty a mohlo by se zdát, že tyto masivní objekty by měly pojmout většinu hmoty vesmíru.

Teorie Velkého třesku však předpovídá, že asi 5 % obsahu vesmíru by měly tvořit atomy složené z protonů, neutronů a elektronů. Většinu těchto atomů nelze nalézt ve hvězdách a galaxiích – tento rozpor mátl astronomy.

Pokud se hmota nenachází ve viditelných hvězdách a galaxiích, nejpravděpodobnějším úkrytem je temný prostor mezi galaxiemi. I když se vesmír často označuje jako vakuum, není zcela prázdný. Jednotlivé částice a atomy jsou rozptýleny v prostoru mezi hvězdami a galaxiemi a tvoří temnou, vláknitou strukturu zvanou „kosmická síť“.

Ve studii publikované v červnu 2025 tým vědců použil unikátní rádiovou techniku k dokončení sčítání normální hmoty ve vesmíru.

Soupis normální hmoty
Nejzřejmějším místem, kde hledat normální hmotu, jsou hvězdy. Gravitace shromažďuje hvězdy do galaxií a astronomové mohou spočítat galaxie v celém pozorovatelném vesmíru.

Sčítání se týká několika stovek miliard galaxií, z nichž každá se skládá z několika stovek miliard hvězd. Čísla jsou nejistá, protože mnoho hvězd se skrývá mimo galaxie. Odhaduje se, že ve vesmíru je 10^23 hvězd, což je stokrát více než počet zrnek písku na všech plážích Země. Ve vesmíru se nachází odhadem 10^82 atomů.

Toto ohromné číslo však zdaleka nepokrývá veškerou hmotu předpovězenou Velkým třeskem. Pečlivé výpočty ukazují, že hvězdy obsahují pouze 0,5 % hmoty ve vesmíru. Desetkrát více atomů se pravděpodobně volně vznáší ve vesmíru. Pouze 0,03 % hmoty tvoří prvky jiné než vodík a helium, včetně uhlíku a všech stavebních kamenů života.

Pohled mezi galaxie
Mezigalaktické prostředí – prostor mezi galaxiemi – je téměř úplné vakuum s hustotou jednoho atomu na metr krychlový. To je méně než miliardtina miliardtiny hustoty vzduchu na Zemi. I při této velmi nízké hustotě toto difúzní prostředí tvoří velké množství hmoty, vzhledem k obrovskému průměru vesmíru 92 miliard světelných let.

Mezigalaktické prostředí je velmi horké, s teplotou milionů stupňů. To ztěžuje jeho pozorování s výjimkou rentgenových dalekohledů, protože velmi horký plyn vyzařuje na velmi krátkých vlnových délkách rentgenového záření. Rentgenové dalekohledy mají omezenou citlivost, protože jsou menší než většina optických dalekohledů.

Nasazení nového nástroje
Astronomové nedávno použili nový nástroj k řešení problému chybějící hmoty. Rychlé rádiové záblesky jsou intenzivní záblesky rádiových vln, které mohou za milisekundu vydat tolik energie, kolik Slunce vydá za tři dny. Vědci poprvé objevili záblesky v roce 2007 a zjistili, že jsou způsobeny kompaktními hvězdnými zbytky ve vzdálených galaxiích. Jejich energie se při putování vesmírem vytrácí a v době, kdy energie dosáhne Země, je tisíckrát slabší než signál mobilního telefonu, pokud by byl vyzařován na Měsíci a poté detekován na Zemi.

Výzkum z počátku roku 2025 naznačuje, že zdrojem záblesků je vysoce magnetická oblast kolem ultrakompaktní neutronové hvězdy. Neutronové hvězdy jsou neuvěřitelně husté zbytky hmotných hvězd, které se zhroutily vlivem vlastní gravitace po explozi supernovy. Specifický typ neutronové hvězdy, která vyzařuje rádiové záblesky, se nazývá magnetar a má magnetické pole tisíc bilionkrát silnější než zemské.

Přestože astronomové plně nechápou rychlé rádiové záblesky, mohou je využít k prozkoumání prostorů mezi galaxiemi. Jak záblesky putují vesmírem, interakce s elektrony v horkém mezigalaktickém plynu přednostně zpomalují delší vlnové délky. Rádiový signál se rozprostírá, analogicky k tomu, jak hranol mění sluneční světlo na duhu. Astronomové používají míru rozprostření k výpočtu, jakým množstvím plynu záblesk prošel na cestě k Zemi.

Hádanka vyřešena
V nové studii, publikované v červnu 2025, tým astronomů z Caltechu a Harvard Center for Astrophysics studoval 69 rychlých rádiových záblesků pomocí soustavy 110 radioteleskopů v Kalifornii. Tým zjistil, že 76 % normální hmoty vesmíru leží v prostoru mezi galaxiemi, dalších 15 % v galaktických halo – v oblastech obklopujících viditelné hvězdy v galaxii – a zbývajících 9 % ve hvězdách a studeném plynu uvnitř galaxií.

Úplné zjištění o normální hmotě ve vesmíru silně potvrzuje teorii Velkého třesku. Tato teorie předpovídá hojnost normální hmoty, která se vytvořila v prvních několika minutách existence vesmíru, takže nalezením předpovězených 5 % úspěšně prochází tato teorie kritickým testem.

Již bylo pozorováno několik tisíc rychlých rádiových záblesků a nadcházející řada radioteleskopů pravděpodobně zvýší míru objevů na 10 000 ročně. Tak velký vzorek umožní, aby se rychlé rádiové záblesky staly mocnými nástroji pro kosmologii. Kosmologie je studium velikosti, tvaru a vývoje vesmíru. Rádiové záblesky by mohly jít nad rámec počítání atomů a mapovat trojrozměrnou strukturu kosmické sítě.

Grafické znázornění vesmíru
Vědci sice nyní možná mají úplný obraz o tom, kde je běžná hmota rozložena, ale většina vesmíru se stále skládá z látek, kterým plně nerozumí.

Nejhojnějšími složkami ve vesmíru jsou temná hmota a temná energie, které jsou zatím málo pochopeny. Temná energie způsobuje zrychlující se rozpínání vesmíru a temná hmota je neviditelné pojivo, které drží galaxie a vesmír pohromadě.

Temná hmota je pravděpodobně dosud neprobádaný typ základní částice, která není součástí standardního modelu částicové fyziky. Fyzici tuto novou částici zatím nedokázali detekovat, ale víme, že existuje, protože podle obecné relativity hmota ohýbá světlo a je vidět mnohem více gravitačního čočkování, než lze vysvětlit viditelnou hmotou. Díky gravitačnímu čočkování kupa galaxií ohýbá a zvětšuje světlo způsobem analogickým jako optická čočka. Temná hmota převyšuje konvenční hmotu více než pětinásobně.

Jedna záhada může být vyřešena, ale větší záhada zůstává. I když je temná hmota stále záhadou, nyní víme hodně o normálních atomech, které tvoří nás jako lidi, a o světě kolem nás.

Zdroj: https://www.space.com/astronomy/most-normal-matter-in-the-universe-isnt-found-in-planets-stars-or-galaxies-an-astronomer-explains-where-its-distributed

autor: František Martinek