Americký astrofyzik přišel s možným vysvětlením záhadné temné hmoty. Vesmír by se podle něj obešel i bez ní – ale potřebuje ještě podivnější objekty.
Žádná černá hmota, ale podivné nehmotné struktury. Fyzik navrhuje nový model kosmu
Gravitace je jednou z nejpodivnějších sil ve vesmíru. Je nesmírně slabá, ale současně má největší dosah. Na rozdíl od ostatních sil není spojená s žádnými existujícími částicemi – podle teorie relativity je vlastně zakřivením prostoru, který kolem sebe ohýbají hmotné předměty a energie.
S gravitací je přímo propojená ještě jedna záhada: existence temné hmoty. Ta by měla v kosmu tvořit více hmotnosti než ta klasická, z níž je stvořené všechno známé – ale je neviditelná. Pro fyziku stále zůstává podobně neznámou jako před sto lety, kdy ji poprvé jako koncept navrhl nizozemský astronom Jan Oort. Tehdy se pomocí temné hmoty pokoušel vysvětlil takzvanou chybějící hmotu.
Kde a komu chybí? Fyzikům. Když počítali rychlost rotace galaxií, zjistili, že pokud by měly dosahovat takového tempa, jaké je naměřené, muselo by v nich být mnohem více hmoty, než tam podle měření je. A také další pozorování naznačují, že v kosmu je nějaká zvláštní hmota s velkou hmotností, kterou ale přístroje nevidí. Podle posledních zjištění je jí asi 23 procent (ještě víc hmotnosti kosmu tvoří ještě záhadnější temná energie, až 73 procent).
- 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.
Jenže spoustě fyziků vysvětlení temnou hmotou nestačí – smířit se s existencí něčeho, co nelze přímo pozorovat, je pro ně nedostatečně popsané. A tak přicházejí s různými alternativami, které se pokoušejí temné hmoty více či méně elegantně zbavit.
Jednu z nich nabídl Richard Lieu z Alabamské univerzity v Huntsville, který vydal v odborném žurnálu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society článek, který poprvé ukazuje, jak může gravitace existovat bez hmoty. Přichází tak s alternativní teorií, která by mohla potenciálně zmírnit potřebu temné hmoty. Uvedl přitom, že jeho snaha byla motivovaná hlavně osobní frustrací ze současného stavu, „konkrétně z představy existence temné hmoty, přestože nám už celé století chybí jakýkoli přímý důkaz.“
Záhada přebytečné gravitace
Vědec se domnívá, že gravitace „navíc“, která se ve standardním modelu vysvětluje právě jako temná hmota, by mohla být způsobena „koncentrovanými soubory topologických defektů podobných skořápkám“. Ty by se měly vyskytovat v celém vesmíru a měly by pocházet z doby velmi mladého vesmíru. Tehdy se v takzvaném fázovém přechodu skokově změnil celkový stav hmoty v kosmu – velmi zjednodušeně to lze přirovnat k něčemu, jako kdyby se veškerá voda změnila v páru.
„V současné době není jasné, jaká přesná forma fázového přechodu ve vesmíru mohla dát vzniknout topologickým defektům tohoto druhu,“ připouští Lieu.
A jak si představit ony výše zmíněné „topologické jevy“? Podle astrofyzika by to měly být velmi kompaktní oblasti vesmíru s velmi vysokou hustotou hmoty – v podobě jakýchsi kosmických strun.
Když jsou to objekty, měly by mít hmotnost. Proč tedy mluví Lieu o tom, že gravitace může existovat bez hmotnosti? Tyto relikty z minulosti vesmíru totiž podle něj mají neobvyklou vlastnost: „Skládají se z tenké vnitřní vrstvy s kladnou hmotností a z vnější vrstvy se zápornou hmotností; celková hmotnost obou vrstev – což je vše, co by se dalo změřit – je tedy přesně nulová. Když se poblíž těchto objektů nachází nějaká hvězda, tak na ni působí silná gravitační síla z vnějšího povrchu.“
Protože gravitační síla je v podstatě deformací samotného časoprostoru, umožňuje všem objektům vzájemně na sebe působit, ať už mají hmotnost, nebo ne. Bylo například potvrzeno, že dokonce i bezhmotné fotony pociťují gravitační účinky astronomických objektů.
