Když jde člověk do lesa na houby, čeká, že jich najde nejvíc ve shlucích. A podobně pátrají v hlubinách vesmíru po temné hmotě astrofyzici. V nové studii popsali, jak se jim to podařilo.
Reálný vesmír v některých ohledech odporuje tomu, co od něj vědci očekávají na základě modelů a teorie. Jeden z těchto rozporů teď zkusili vysvětlit američtí a čínští astronomové. Týká se takzvaného Lymanova lesa.
V kosmickém prostoru samozřejmě žádné lesy nejsou (alespoň o nich neexistují žádné důkazy). Jev označovaný jako Lymanův les, někdy také Lymanův alfa les, je ve skutečnosti řada absorpčních čar ve spektrech vzdálených kvasarů a galaxií. To je pořád dost nesrozumitelná definice, že? Takže jinak...
Když se astronomové dívají dalekohledy na světlo vzdálených galaxií, nevidí ho jako hladké, třeba jako rovnou cestu – ve skutečnosti se jim jeví jako rozvětvený, dost chaotický les. Jednotlivé „stromy“ v něm jsou vlastně obláčky vodíku, které se nacházejí mezi Zemí a vzdálenými galaxiemi. Když světlo prochází těmito obláčky, každý z nich pohlcuje část světla na určité vlnové délce. Když se tedy vědci dívají na spektrum světla z dalekohledu, vidí řadu tmavých čar, které vypadají jako stíny vrhané stromy v lese. A právě tento vzor se nazývá Lymanův alfa les.
Každá čára představuje místo, kde světlo narazilo na obláček vodíku a bylo částečně pohlceno. Tímto způsobem mohou vědci studovat strukturu a rozložení vodíku ve vesmíru a získat tak představu o tom, jak je vesmír uspořádaný a jak se vyvíjel.
- Temná hmota či skrytá hmota nebo též skrytá látka je označení hypotetické formy hmoty, jejíž existence by vysvětlovala nesrovnalosti mezi některými skutečně pozorovanými a vypočítanými hodnotami z modelů.
- O povaze chybějící hmoty existuje množství teorií, většina z nich se shoduje na faktu, že ji lze ve vesmíru pozorovat jen díky jejímu gravitačnímu vlivu na okolní objekty tvořené běžnou „svítící“ hmotou, ale neemituje elektromagnetické záření. Odtud její označení temná hmota.
Jako stínové divadlo
Vědci teď použili nový model a novou simulaci, které jim pomohly popsat, jak je rozložená hmota Lymanova lesa, a to včetně temné hmoty. Ta je sice přístroji neodhalitelná, ale měla by podle teoretických předpokladů tvořit více kosmické hmoty než ta, kterou lidstvo svými přístroji pozoruje.
Hlavní autor práce, profesor Simeon Bird, přirovnává svou práci ke stínovému divadlu. „Podle siluety postavy umístěné mezi světlem a plátnem odhadujeme, jaká postava se tam nachází,“ vysvětluje. Je to podle něj také dost podobné, jako by se studovala extrémně jemná duha: když sluneční světlo projde hranolem (nebo kapkou vody), rozdělí se na jednotlivé barevné složky, které pak lidské oko vidí jako barvy duhy. Ve spektrogramech světla přicházejícího z kosmických zdrojů dochází ke stejnému druhu štěpení, ale téměř vždy některé frekvence chybí, což je viditelné jako černé pruhy, kde světlo chybí, jako by něco vrhalo stín.
„To jsou atomy a molekuly, které světlo na své cestě potkalo,“ řekl Bird. „Protože každý typ atomu má specifický způsob pohlcování světla, který zanechává ve spektrogramu jakýsi podpis, je možné vysledovat jejich přítomnost. Nejčastěji se tak pozoruje přítomnost vodíku, nejrozšířenějšího prvku ve vesmíru.“ A navíc je tento vodík možné použít pro odhalení jinak neviditelné temné hmoty.
Ta sice není vidět, ale stále své okolí ovlivňuje skrze gravitační působení. A to znamená, že tam, kde jsou shluky vodíku největší, se dá očekávat také nejvíc temné hmoty.
Zpět na začátek
Jenže tyto výsledky neodpovídají tomu, co naznačovaly modely. Autoři článku pro to nemají zatím úplné vysvětlení. Ale mají dvě hypotézy. Jednou z nich je, že supermasivní černé díry nějakým neznámým způsobem ovlivňují tyto struktury. Druhá možnost je ještě zajímavější: za rozporem by mohla být nějaká doposud nepopsaná, a tedy neznámá částice.
Druhá možnost je podle Birda nejen zajímavější, ale také pravděpodobnější. „Ještě to není úplně přesvědčivé,“ poznamenal Bird. „Ale pokud se to potvrdí i v dalších souborech dat, pak je opravdu mnohem pravděpodobnější, že jde o novou částici nebo nějaký nový typ fyziky, než že by černé díry jenom kazily naše výpočty.“
