Image credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt
Image credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt

Vodík ochlazený temnou hmotou

Vodíkový plyn byl v raném vesmíru chladnější, než se předpokládalo. Podle vědců za to může temná hmota.

Rádiové vlny detekované z vodíkového plynu, který vznikl 180 milionů let po velkém třesku, by mohly přinést nové informace o temné hmotě.

Temná hmota dráždí fantazii vědců už řadu desetiletí. Záhadnou látku jsou astronomové zatím schopni popsat jenom prostřednictvím jejího gravitačního působení. Pozemními detektory se částice temné hmoty stále nedaří zachytit. Nejnovější pozorování velmi raného vesmíru však naznačují, že dosavadní experimenty nejspíš hledaly v nesprávné oblasti.

Fyzikální tým z Arizona State University použil všesměrovou anténu EDGES, která se nachází v západní Austrálii, k hledání velmi slabých stop vodíku v raném vesmíru. Když vzplanuly první hvězdy, jejich ultrafialové záření bylo absorbováno atomy vodíku, prvkem, který je ve vesmíru všudypřítomný. Absorpce způsobila, že jednotlivé elektrony v atomech vodíku provedly malý skok mezi dvěma velmi jemnými energetickými hladinami a během tohoto procesu došlo k emisi rádiových vln s vlnovou délkou 21 cm a frekvencí 1420 MHz.

Anténa EDGES byla schopna tuto emisi detekovat, pouze frekvence se v důsledku rudého posuvu způsobeného rozpínáním vesmíru změnila z 1420 MHz na 78 MHz. Velikost rudého posuvu odpovídá právě době 180 milionů let po velkém třesku. Na fyziky však čekalo velké překvapení, když zjistili, že amplituda signálu je dvakrát větší, než čekali. Vědci z Arizony jsou přesvědčení, že tato hodnota se dá vysvětlit tím, že plyn v raném vesmíru byl chladnější, než se dosud myslelo.

Teplota plynu v době 180 milionů let po velkém třesku byla odhadována kolem 6 K, jenže intenzita signálu, detekovaného anténou EDGES, ukazuje na teplotu poloviční, tj. kolem 3 K. Toto snížení by se dalo vysvětlit například tím, že kvazary začaly vyzařovat rentgenové záření. Nabízí se však i jiné vysvětlení.

Fyzici z univerzity v Tel Avivu navrhují, že za nízkou teplotu může temná hmota. Jedině ta mohla být v dané době chladnější než vodík. Pokud se částice temné hmoty a atomy vodíku vzájemně rozptylovaly, mohlo být z vodíkových atomů odváděno teplo.

Ačkoliv v současném vesmíru není pravděpodobné, že by temná hmota byla schopna interagovat s normální hmotou jinak než prostřednictvím gravitace, v dobách raného vesmíru to možné bylo. Specifické podmínky jako například chlad mohly umožnit některé interakce, které se v pozdějších etapách vývoje vesmíru už nemohou vyskytovat.

Aby mohly nastat procesy rozptylu, musely by být hmotnosti jednotlivých částic temné hmoty menší než 4,3 GeV, což je hodnota ekvivalentní hmotnosti několika protonů a zároveň hodnota velmi vzdálená od očekávaných 100 GeV. Tento rozdíl by mohl vysvětlit, proč neuspěly experimenty, které hledaly přímo částice temné hmoty. Nenašlo se nic, protože se pravděpodobně hledalo v úplně špatné oblasti energií. Pokud se tato interpretace ukáže jako správná, bude to znamenat průlom v celém oboru. Poprvé za 40 let zkoumání se temná hmota projeví nějakým měřitelným působením.

Nezávislé potvrzení této teorie by mohlo přijít velmi záhy. Pomoci by měla zařízení Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) a Square Kilometre Array, která se nacházejí v jižní Africe a budou schopna provádět složitější měření. Všesměrová anténa EDGES měří emisi vodíku jako průměrnou hodnotu přes celou oblohu. Jelikož hypotéza o temné hmotě předpokládá velmi složité systémy rozložení rádiových vln, z nových podrobnějších měření může vzejít reálný obraz.

Původní materiál je publikován ve dvou článcích v Nature.

autor: Jana Štrajblová

Převzato z Matfyz.cz

Pozvánka
Dopoledne otevřených dveří Astronomického ústavu UK
31. květen v 9:00–11:00
Studujete fyziku a rozhodujete se, v jakém oboru se dále specializovat? Zajímá vás vesmír a jeho tajemství?
Podrobnosti

Nepolapitelná sterilní neutrina

Některá mionová neutrina zřejmě oscilují na sterilní a ta se následně mění na elektronová. Fyzici …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close