Po důkladném zkoumání dat shromážděných během 15 let provozu NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope o galaktickém halu Mléčné dráhy, japonští vědci tvrdí, že mají přímé důkazy o detekci záhadných částic temné hmoty ve vesmíru. Pokud se toto tvrzení potvrdí, znamenalo by to skutečnou revoluci v oblasti fyziky, přičemž by to vyžadovalo úpravy standardního modelu částicové fyziky, který přesně popisuje základní strukturu hmoty. Navíc by to mělo obrovské důsledky pro kosmologii, zejména v otázkách týkajících se vzniku a vývoje galaktických shluků.
Novou studii publikoval časopis Journal of Cosmology and Astroparticle Physics a jejím jediným autorem je japonský astrofyzik Tomonori Totani. Ten tvrdí, že energetický vzor nalezený v jeho výzkumu by mohl být první přímou evidencí takzvaných těžkých slabě interagujících částic (WIMP). Nicméně vědecká komunita vyzývá k obezřetnosti a nezávislé verifikaci, než se potvrdí objev, který by mohl změnit současnou fyziku.
Nedetekovatelné pro jakýkoliv teleskop
Široce akceptovaná hypotéza předpokládá, že temná hmota se skládá z těchto těžkých WIMP, které jsou stovkykrát hmotnější než proton a mají velmi pomalý pohyb. Protože neabsorbuje ani nevydává světlo a neinteraguje s jakoukoli pozorovanou částicí, její přímá detekce pomocí optických přístrojů, jako je teleskop, je nemožná.
Shluk Coma, který zahrnuje až 1000 identifikovaných galaxií, je místem v kosmu, kde se objevily první důkazy o existenci temné hmoty. V roce 1930 pozoroval švýcarský astronom Fritz Zwicky, že se tyto galaxie pohybují příliš rychle na to, aby je držela gravitace vytvořená pozorovanou běžnou hmotou. Měly by uniknout ze shluku, ale namísto toho zůstávaly pohromadě. Jinými slovy, neexistovala dostatečná viditelná hmota k tomu, aby spojila tolik galaxií. Temná hmota ve shluku Coma je tak převažující, že tvoří přibližně 90 % její celkové hmoty.
Na základě těchto pozorování Zwicky navrhl, že by mohla existovat neviditelná forma hmoty, která vytvářela dodatečnou gravitaci, jež spojovala tyto galaxie. Označil ji termínem „Dunkle Materie“ (německy temná hmota). O několik desetiletí později, v 70. letech, použila americká astronomka Vera Rubin toto pojetí k vysvětlení anomální rychlosti hvězd na okrajích spirálních galaxií. Dnes, ačkoliv se všichni astronomové neshodují na skutečné povaze temné hmoty, její existence je široce akceptována.
Přeměna energie při anihilaci
Jak již bylo zmíněno, tyto částice temné hmoty jsou nedetekovatelné jakýmkoli teleskopem, jelikož nevydávají ani neabsorbují světlo na žádné vlnové délce. Jak tedy mohou být detekovány přímými pozorováními? Dobrým znakem je, že při interakci by se hypotetické WIMP vzájemně anihilovaly, přičemž by produkovaly velmi energetickou radiaci v podobě gamma paprsků. Vědci skutečně analyzují data z Fermiho gama-teleskopu NASA, aby hledali signály interagujících a anihilujících WIMP. To je případ překvapivého výzkumu astrofyzika Tomonoriho Totaniho.
Tak by nadbytek vysoce energetických gamma paprsků v určitých galaktických oblastech mohl mít svůj původ v anihilacích částic temné hmoty a mohl by být důkazem existence WIMP. Diskutabilní však zůstává, zda je toto důkaz závazný, nebo zda se jedná pouze o spekulativní hypotézu.
Signál potvrzující existenci temné hmoty
V této nové studii Totani analyzoval data galaktického halu Mléčné dráhy, což je sférická oblast starých hvězd obklopující naši galaxii a s předpokládanou vysokou koncentrací temné hmoty. Podrobná analýza dat v této galaktické oblasti odhalila nadbytek vysoce energetických gamma paprsků, kolem 20 gigaelektronvoltů (20 GeV). Dále energetické spektrum nalezené v tomto kontextu dokonale odpovídá teoretické předpovědi anihilace WIMP, což naznačuje, že částice mají hmotnost přibližně 500krát vyšší než proton.
Jak říká autor studie: „Detekovali jsme gamma paprsky s extrémně vysokou energií, které se rozprostírají ve struktuře podobné halu směrem k centru Mléčné dráhy. Vzorec emise gamma paprsků se velmi podobá očekávané formě halu temné hmoty.“ Navíc, tento specifický vzor gamma radiace není snadno vysvětlitelný z jiných alternativních astronomických událostí, jako jsou supernovy či rychle rotující pulsary.
Potřeba opatrnosti při hodnocení nových výsledků
„Mimořádná tvrzení vyžadují mimořádné důkazy.“ Tato slova Carla Sagana dokonale shrnují, jak by se mělo postupovat ve vědě před tak revolučními výsledky, jaké jsou předloženy v nové studii o temné hmotě. Tento nový objev nyní vstupuje do období intenzivního zkoumání a ověřování ze strany jiných výzkumných týmů.
Je nutné provést nezávislé analýzy, aby se ověřil tento charakteristický signál 20 GeV spojený s částicemi WIMP, pravděpodobně v jiných prostředích bohatých na temnou hmotu, jako jsou trpasličí galaxie v halu Mléčné dráhy. Budeme muset vyčkat, zda tento zajímavý výzkum položí základy pro solidní detekci záhadné „chybějící hmoty“, která tak zmátla astronomy v posledních desetiletích.
