Sciencemag.cz
Related Articles
Absence signálu by sama o sobě mohla být signálem. To je myšlenka nové studie, která si klade za cíl změnit metody používané při hledání temné hmoty. Podstata problému může být v tom, že příslušné „stopy“ temné hmoty se podle okolností liší.
Konkrétně: v centru naší Galaxie pozorujeme určitý typ signálu, nadbytek gama záření, který by mohl být výsledkem anihilace částic temné hmoty. V jiných systémech, jako jsou trpasličí galaxie, se nám však detekovat stejný signál nedaří. Měli bychom proto celé vysvětlení pomocí temné hmoty vyloučit? Podle nové studie ne. Temná hmota totiž nemusí sestávat z jediné částice, ale z více mírně odlišných složek, jejichž chování se liší v závislosti na kosmickém prostředí.
Řada z dnes preferovaných modelů temné hmoty ji popisuje jako složenou z částic. V některých z těchto scénářů se při setkání dvou částic mohou obě vzájemně zničit, a vytvořit tak vysoce energetické záření, jako jsou gama paprsky, které se astronomové snaží detekovat. „V současné době se zdá, že zaznamenáváme nadbytek fotonů pocházejících z přibližně sférické oblasti obklopující disk Mléčné dráhy,“ uvádí spoluautor studie Gordan Krnjaic z Fermiho národní urychlovačové laboratoře (Fermilab).
Tento nadbytek fotonů gama záření pozorovaný dalekohledem Fermi Gamma-ray Space Telescope by mohl být způsoben anihilací temné hmoty. Existují však i alternativní vysvětlení, podle nichž by emise gama záření byla produkována astrofyzikálními zdroji, jako je například populace pulsarů.
K vyřešení této otázky je nutné hledat jinde. Pokud jsou některé z teorií o temné hmotě správné, měli bychom ji najít v každé galaxii, mj. i v každé trpasličí galaxii.
Trpasličí galaxie jsou velmi malé a slabé systémy, ale obsahují (=mají obsahovat podle měření gravitace) mimořádně velké množství temné hmoty. Mají velmi slabé astrofyzikální pozadí – méně hvězd a méně běžného záření – a představují proto ideální prostředí pro hledání „čistých“ signálů.
Hlavní teorie, které popisují temnou hmotu jako složenou z částic, obecně předpovídají dvě možnosti, jak se tyto částice anihilují. V nejjednodušším případě je pravděpodobnost anihilace konstantní a nezávisí na rychlosti částic: v tomto scénáři, pokud pozorujeme signál v centru naší Galaxie, očekáváme, že jej uvidíme i v jiných systémech bohatých na temnou hmotu, jako jsou trpasličí galaxie.
Ve druhém scénáři závisí pravděpodobnost anihilace na rychlosti částic. Jelikož se částice temné hmoty v galaxiích pohybují velmi nízkou rychlostí, tento typ interakce činí anihilaci extrémně vzácnou, a signál je proto prakticky neviditelný – opět kdekoli, bez ohledu na místo. V tomto rámci by absence signálu v trpasličích galaxiích problematizovala/vylučovala interpretaci nadbytku gama záření pozorovaného v centru naší galaxie jako jevu způsobeného temnou hmotou.
G. Krnjaic a jeho spolupracovníci však popisují alternativní, složitější scénář, který by mohl vysvětlit absenci signálu v trpasličích galaxiích a zároveň zachovat interpretaci signálu pozorovaného v Mléčné dráze jako možného účinku temné hmoty. Nová studie navrhuje, že by mohla existovat odlišná závislost na okolním prostředí, i kdyby byla pravděpodobnost anihilace v centru galaxie konstantní. Temná hmota by mohla sestávat ze dvou různých typů částic, které se, aby došlo k jejich anihilaci, musí navzájem najít.
Pravděpodobnost, že se tyto dvě složky temné hmoty setkají a zaniknou, by také závisela na poměru mezi počtem těchto dvou typů částic v rámci každého astrofyzikálního systému. Tento poměr by mohl být odlišný v galaxiích, jako je ta naše – kde by mohly být oba typy částic přítomny v podobném poměru – a v trpasličích galaxiích, kde by naopak mohl být silně nevyvážený. „Tímto způsobem získáte velmi odlišné předpovědi pro emisi,“ vysvětluje Krnjaic.
Nový model představuje flexibilnější alternativu k nejjednoduššímu standardnímu scénáři, protože umožňuje vysvětlit absenci signálu gama záření v trpasličích galaxiích, aniž by vyloučil původ signálu pozorovaného v Mléčné dráze v temné hmotě.
Asher Berlin et al, dSph-obic dark matter, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2026). On arXiv DOI: 10.48550/arxiv.2504.12372
Zdroj: SISSA Medialab / Phys.org, přeloženo / zkráceno
