Pulzary by nám mohly osvítit temnou hmotu

Co je temná hmota?

Baryonová alias "normální" hmota, kterou vidíme všude kolem sebe, totiž tvoří jenom 4 procenta skutečného obsahu vesmíru. Mohlo by se zdát, že tak nejsme v odemknutí poznání vesmíru o moc dále, než byl třeba Jan Neruda, když v roce 1878 vydal své Písně kosmické, zamýšleje se nad nepoznanými taji přírody. Nejnovější hypotéza však slibuje, že bychom mohli temnou hmotu přece jenom prokázat – pokud tedy existuje.

Jak detekovat neviditelnou temnou hmotu

Temná hmota motá hlavy fyzikům už osm desetiletí. O existenci radiace dnes přitom asi pochybuje málokdo. Jenže temná hmota naší detekci stále uniká. Jak prokázat neviditelné?

Tradičně se uvažuje o tom, že temnou hmotu by mohly prokázat dvě formy formy detekce. Ta první by vycházela z částicových experimentů, které páchají třeba vědci v CERNu. Stát by se tak mohlo skrze odhalení predikovaných elementárních částic temné hmoty v nových urychlovačích.

Forma druhá by spoléhala naopak na astronomii a observatoře zkoumající ve vysokém detailu vesmírné dálavy. Chuchvalce temné hmoty stále disponují gravitací – pokud by se tak nějaký podobný chuchvalec postavil mezi nás a jinou hvězdu, gravitace temné hmoty by mohla zakřivit hvězdné světlo putující do našich teleskopu. Podobnou formu gravitačního čočkování by nám mohly odhalit připravované kosmické teleskopy. Občas se spekuluje i o možnostech třetího rázu. Ty spočívají z nepřímé detekce – jedna z hypotéz například tvrdí, že z části temné hmoty by se mohlo sestávat i naše Slunce. Zdejší temnou hmotu by se mohlo podařit prokázat například tím, pokud by pozorování viditelných projevů Slunce sedělo do podobné teorie a lišilo se od teorií jiných, v nichž se naše nejbližší hvězda bez temné hmoty obejde.

Konečně poslední metodou, která nedávno prolétla éterem, je možnost "zesvětlení" temné hmoty. Teoreticky předpovězené a stále neprokázané velmi lehké částice temné hmoty známé jako axiony by totiž v jistém množství případů mohly přejít do naší reality. Axiony totiž za jistých okolností mohou velmi slabě vzájemně působit s částicemi světla neboli fotony – vlastně se do nich dovedou přeměnit. Běžně by i taková interakce mohla být velmi slabá. Existuje však možná jeden způsob, jak ji zesílit – neutronové hvězdy. Tyto superhusté pozůstatky po explozích supernov disponují extrémně silným magnetickým polem. To by podle nejnovějších teoretických prací mohlo disponovat dostatečnou intenzitou na to, aby došlo na detekovatelnou konverzi axionů na fotony. Částice temné hmoty jsou ze své povahy pomalé a chladné, jde vlastně o částice podobné naší hmotě, které také vesmírem nepádí rychlostí světla.

Pulzary místo reflektorů

U pulzarů by ale axiony padaly vstříc hvězdě vlivem její silné gravitace, na určité vzdálenosti by přitom jejich vlastnosti začaly připomínat fotony. Rozpad části axionů do fotonů by byl umožněn právě silným magnetickým polem pulzaru. A jelikož by axiony musely projít i polem plazmy, výsledkem by mohl být poměrně silný radiový signál odražený do vesmíru plazmou. Neutronové hvězdy jsou svými radiovými signály slavné, interakce axionů a fotonů s polem hvězdy by ale vysílala specifické typy signálů.

Detekce "neviditelné" hmoty může znít šíleně, dvě století nazpět však podobně šíleně zněly i teorie kolem elektromagnetismu a povahy dalších fyzikálních sil. Elektron, poprvé teoreticky vágně predikovaný snad v roce 1846, byl prokázán až o půlstoletí později. Dnes díky němu funguje i zařízení, na němž nejspíše čtete tyto řádky. Něco podobného platí i u argumentu kolem 4 procent hmoty.

Ještě v roce 1923, tedy nedlouho před objevem, který vedl k postulování temné hmoty, si astronomie myslela, že celý náš vesmír se stává jenom z naší galaxie. Pak však Edwin Hubble změřil vzdálenost "mlhoviny" Andromeda a zjistil, že je tak daleko, že musí jít o celou další galaxii. Dnes z pozorování víme, že naše Mléčná dráha je jenom kapkou v moři jiných galaxií.

Stejně na tom bylo i poznání stáří vesmíru. Ve starověku si první civilizace myslely, že celý vesmír má maximálně několik tisíc let. Ještě v 19. století se geologové přeli o tom, má-li Země 100 nebo maximálně 400 milionů let. Až v 50. letech 20. století se fyzice podařilo jak definitivně prokázat víc jak čtyřmiliardové stáří naší planety, tak i čtrnáctimiliardové stáří vesmíru.

Od Jana Nerudy se naše chápání vesmíru v reálu extrémně natáhlo v čase i prostoru. A není nejmenší důvod si myslet, že zrovna temná hmota je oproti jiným starším teoriím, které již byly potvrzeny, v čemkoliv odlišná. Text: Ladislav Loukota