Temná hmota, ktorá tvorí približne 85 % všetkej hmoty vo vesmíre, zostáva jednou z najväčších záhad modernej fyziky. Aj napriek desaťročiam intenzívneho výskumu a pokročilým detekčným metódam vedci stále nevedia, z čoho sa skladá ani ako vznikla. Nová štúdia však prichádza s prelomovou hypotézou – temná hmota mohla vzniknúť počas oddelenej kozmologickej udalosti, tzv. „Temného Veľkého tresku“. Na tému upozornil portál ScienceAlert.

Temný tresk

Podľa štandardného kozmologického modelu náš vesmír vznikol pred zhruba 13,8 miliardami rokov z udalosti známej ako Veľký tresk. Akceptované fyzikálne modely naznačujú, že vesmír, ako ho poznáme, dnes vznikol zo singularity, kde bolo meranie času a veľkosti bezpredmetné a tlak aj teplota nekonečná. Kozmologický model vesmíru zahŕňajúci Veľký tresk tiež predpokladá, že na začiatku času v singularite Veľkého tresku bola hustota a zakrivenie časopriestoru nekonečné.

Diagram znázorňuje zmenu rýchlosti expanzie vesmíru od jeho počiatku. NASA/STSci/Ann Feild

Azda najkritickejšiu úlohu v tejto teórii zohráva poznatok o rozpínaní vesmíru. O rozpínaní vieme vďaka tzv. červenému posunu, ktorý veľmi zjednodušene hovorí o vzďaľovaní astronomických objektov, pričom čím rýchlejšie sa daný objekt posúva, tým väčší je červený posun.

Jednou z najdôležitejších udalostí bola tzv. inflácia, teda epocha, ktorá nastala krátko po Veľkom tresku a ktorá spôsobila extrémne rýchlu expanziu vesmíru.

Ako to prebehlo?

Fyzici Katherine Freese a Martin Winkler navrhujúi, že temná hmota mohla vzniknúť asi mesiac po Veľkom tresku v samostatnom procese. Tento Temný Veľký tresk by zahŕňal rozpad kvantového poľa, ktoré je viazané výlučne na temný sektor – hypotetickú doménu fyziky obsahujúcu neznáme častice a sily.

UC Riverside

Nová štúdia fyzikov Cosmina Ilieho a Richarda Caseyho z Colgate University rozvíja túto teóriu do hĺbky. Autori preskúmali rôzne scenáre, v ktorých by mohla temná hmota vzniknúť počas Temného Veľkého tresku a navrhli možnosti, ako túto hypotézu otestovať. Podľa ich záverov by Temný Veľký tresk mohol spôsobiť kozmologický fázový prechod, podobný tým, ktoré zažil viditeľný sektor po pôvodnom Veľkom tresku. Takýto proces by mohol zanechať stopy vo forme gravitačných vĺn.

Jednou z kľúčových predpovedí Temného Veľkého tresku je existencia gravitačných vĺn vzniknutých počas tejto udalosti. Súčasné experimenty, ako medzinárodný projekt International Pulsar Timing Array (IPTA) alebo pripravovaná rádiová sústava Square Kilometer Array (SKA), by mohli tieto vlny zachytiť. Už v roku 2023 tím NANOGrav, ktorý je súčasťou IPTA, oznámil objav signálu naznačujúceho existenciu gravitačného vlnového pozadia. Tieto dáta by mohli byť kľúčom k overeniu hypotézy Temného Veľkého tresku.

Ak sa táto teória potvrdí, priniesla by zásadne nový pohľad na pôvod a povahu temnej hmoty. Otvorila by tiež dvere k skúmaniu temného sektora, ktorý by mohol obsahovať doposiaľ neznáme častice a fyzikálne sily.