Objev „temného trpaslíka“ by mohl otevřít dveře k rozluštění záhady temné hmoty

DNVN - Nově publikovaná studie ukazuje, že záhadní „temní trpaslíci“ mohou poskytnout důležité vodítka a přispět k objasnění skutečné podstaty temné hmoty – jedné z největších záhad moderní kosmologie.

V centru naší galaxie by se mohla skrývat navrhovaná nová třída hvězdných objektů, nazývaných temní trpaslíci. Tyto slabé hvězdy s nízkou hmotností nemusí být poháněny jadernou fúzí, ale anihilací částic temné hmoty, což by mohlo odhalit nepolapitelnou povahu jedné z největších záhad vesmíru. (Umělecký koncept). Zdroj: SciTechDaily.

Tým výzkumníků z Velké Británie a Havaje, publikovaný v časopise Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics, představil koncept temných trpaslíků a popsal, jak je lidé mohou detekovat pomocí stávajících přístrojů, včetně vesmírného dalekohledu Jamese Webba. Název „temní trpaslíci“ není proto, že by byli ze své podstaty tmaví, ale proto, že jsou úzce spjati s temnou hmotou – záležitostí, která je dodnes srdcem astrofyziky a kosmologie.

„Myslíme si, že 25 % vesmíru tvoří druh hmoty, která nevyzařuje světlo, takže je neviditelná pouhým okem ani pro dalekohledy. Můžeme ji detekovat pouze prostřednictvím jejích gravitačních účinků. Proto ji nazýváme temnou hmotou,“ vysvětlil spoluautor studie profesor Jeremy Sakstein z Havajské univerzity.

Přestože existence temné hmoty byla potvrzena a vědci pozorovali její chování, její skutečná podstata zůstává záhadou. Během posledních 50 let bylo navrženo mnoho hypotéz, ale žádná z nich nebyla podpořena silnými experimentálními daty. Studie, jako je tato, si kladou za cíl poskytnout praktické metody, jak se přiblížit ke konečné odpovědi.

Mezi hlavní kandidáty na temnou hmotu patří slabě interagující masivní částice (WIMP) – částice s extrémně velkými hmotnostmi, které velmi slabě interagují s běžnou hmotou. Procházejí vším téměř nedetekovatelně, nevyzařují světlo, nejsou ovlivněny elektromagnetickými silami, a proto světlo neodrážejí a zůstávají neviditelné. WIMPy lze detekovat pouze nepřímo prostřednictvím jejich gravitačního vlivu. Jedná se také o typ temné hmoty nezbytný pro existenci temných trpaslíků.

Ilustrace černého trpaslíka. Zdroj: Obrázek vytvořili pracovníci Sissa Medialab pomocí programu Adobe Illustrator.

„Temná hmota může interagovat gravitačně, takže je zachycena hvězdami a hromadí se uvnitř nich. Když k tomu dojde, může interagovat sama se sebou a anihilovat, čímž uvolní energii, která hvězdu zahřívá,“ vysvětluje Sakstein.

Pravidelné hvězdy, jako je Slunce, září jadernou fúzí ve svých jádrech, když jsou dostatečně hmotné na to, aby gravitace stlačila hmotu do bodu, kdy spouští reakce mezi atomovými jádry, čímž uvolňuje obrovské množství energie, kterou vnímáme jako světlo. Temní trpaslíci na druhou stranu také září, ale ne jadernou fúzí.

„Temní trpaslíci jsou velmi malí, jejich hmotnost je pouze asi 8 procent Slunce,“ řekl Sakstein. Tak nízké hmotnosti nestačí k zahájení fúzních reakcí. Tyto objekty, ačkoli jsou ve vesmíru běžné, obvykle vyzařují jen slabou záři z energie generované jejich malým gravitačním kolapsem a nazývají se hnědí trpaslíci.

Pokud se však hnědí trpaslíci nacházejí v oblastech bohatých na temnou hmotu, jako je například střed Mléčné dráhy, mohou se transformovat do jiných forem. „Tyto objekty shromažďují temnou hmotu, čímž se stávají tmavými trpaslíky,“ zdůraznil Sakstein. „Čím více temné hmoty kolem nich, tím více se jí shromažďují. A čím více temné hmoty akumulují, tím více energie mohou generovat ze svého zničení.“

Všechny tyto teorie ale fungují pouze pro určitý typ temné hmoty. „Aby temní trpaslíci existovali, musí se temná hmota skládat z WIMPů, tedy z jakýchkoli masivních částic, které mohou interagovat samy se sebou a vytvářet viditelnou hmotu,“ řekl Sakstein. Jiné teorie, jako jsou axiony, sterilní neutrina nebo slabé ultralehké částice, jsou příliš lehké na to, aby vyvolaly požadovaný efekt. Dostatek energie pro temné trpaslíky by poskytly pouze masivní částice, které mohou interagovat a anihilovat na viditelnou energii.

Aby však byla tato hypotéza platná, je zapotřebí specifická metoda pro identifikaci temných trpaslíků. Sakstein a jeho kolegové proto navrhují charakteristický prvek: lithium-7. Jedná se o prvek, který v normálních hvězdách velmi rychle hoří a rychle mizí. „Pokud najdete objekt, který vypadá jako tmavý trpaslík, můžete zkontrolovat stopy lithia-7. Pokud je tam stále, nemůže se jednat o hnědého trpaslíka ani nic podobného,“ vysvětluje Sakstein.

Předpokládá se, že moderní přístroje, jako je vesmírný dalekohled Jamese Webba, dokáží detekovat extrémně chladné objekty, jako jsou temní trpaslíci. Sakstein navrhuje jiný přístup: „Další možností je podívat se na celou populaci a poté se statisticky zeptat, zda by měla být zahrnuta další populace temných trpaslíků, aby se lépe charakterizovala.“

Pokud vědci v nadcházejících letech identifikují jednoho nebo více temných trpaslíků, bude to stačit k podpoře hypotézy, že temná hmota se skládá z WIMPů? „Docela silně,“ odpověděl Sakstein. „U světlých kandidátů na temnou hmotu, jako jsou axiony, si nemyslím, že najdeme něco, co by vypadalo jako temný trpaslík. Nehromadí se uvnitř hvězd. Pokud najdeme temné trpaslíky, byl by to silný důkaz, že temná hmota je hmotná a silně interaguje sama se sebou, ale pouze slabě se standardním modelem. To zahrnuje WIMPy a některé další exotické modely.“

Poznamenal však také, že objev temných trpaslíků nemusí nutně znamenat, že temná hmota je WIMP, ale mohla by to být WIMP nebo jiná forma hmoty, která se chová velmi podobně jako WIMP.

Pokud se tato hypotéza potvrdí, otevřelo by to nové směry výzkumu a potenciálně by to osvětlilo jednu z největších záhad vesmíru.

La Khe (podle SciTech Daily)

Zdroj: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203