Astronómovia a fyzici po celom svete už dlhé roky medzi sebou vedú „súboj“ o to, či záhadná a nepolapiteľná temná hmota je skutočná, alebo je to len výsledok jemných a precíznych odchýlok gravitácie.

Väčšina kozmológov aktuálne predpokladá, že hmota po Veľkom tresku nebola vo vesmíre rozložená rovnomerným spôsobom. Na miestach, kde došlo k takýmto prvotným fluktuáciám, teda malým zmenám hustoty vesmír v uzavretom regióne, sa začali kondenzovať zhluky tmavej hmoty.

Počítačová simulácia: Halo temnej hmoty J. Wang, S. Bose/ CfA

Prvotné fluktuácie prostredníctvom gravitácie začali priťahovať plyn a tmavú hmotu do oblastí s vyššou hustotou a tak vznikli akési galaktické zárodky, z ktorých neskôr vznikli prvé (proto)galaxie.

Dôležitou zložkou tejto v súčasnosti najuznávanejšej teórie je však jedna doposiaľ neidentifikovaná zložka. Tou je záhadná temna hmota, ktorú nedokážeme ani vidieť, ani detegovať a ani s ňou žiadnym spôsobom interagovať. O tom, že existuje svedčia len určité gravitačné interakcie s bežnou hmotou, ktoré vysvetľujeme práve prostredníctvom existencie temnej hmoty.

Hoci sme temnú hmotu nikdy nevidel, v súčasnosti má tvoriť až 85 % všetkej hmoty vo vesmíre. Keďže temnú hmotu nedokážeme priamo detegovať, nedokážeme v skutočnosti ani presne určiť, čo vlastne je. Čo však ale s určitosťou vieme, je fakt, že vesmír sa nechová úplne tak, ako by mal ak aplikujeme našu súčasnú fyziku.

Táto atypickosť sa najviac prejavuje pri hviezdach vo vonkajších okrajoch galaxií, ktoré sa pohybujú rýchlejšie ako by mali. Práve tento pohyb naznačuje vplyv akejsi neviditeľnej hmoty, ktorú nazývame temná hmota.

Aby toho nebolo málo, hviezdy v rotujúcich galaxiách sa často pohybujú takou rýchlosťou, že by v skutočnosti mali byť vyvrhnuté von z galaxie. Zdá sa však, že v galaxiách existuje nejaký záhadný zdroj gravitácie, ktorý pôsobí ako „hviezdny tmel“ a všetko akosi drží pokope, píše portál Phys.

Hmota, ktorú nikto nikdy nevidel

Čo ak ale táto neviditeľná hmota vôbec neexistuje? Zrútia sa všetky naše modely a teórie? Krátka odpoveď je, že absolútne nie. Na to, aby vesmír mohol fungovať, nepotrebuje žiadnu nepolapiteľnú temnú hmotu. Aspoň to tvrdí čoraz populárnejšia hypotéza MOND.

Stefania.deluca/Wikimedia

MOND, alebo Modifikovaná Newtonova Dynamika je teória navrhujúca modifikovať Newtonove pohybové zákony a Newtonov gravitačný zákon tak, aby zohľadnili pozorované vlastnosti galaxií. Možno ju tiež chápať ako alternatívnu hypotézu k hypotéze temnej hmoty.

Teória predstavil svetu v roku 1983 uznávaný izraelský fyzik Mordehai Milgrom, aby vysvetlil nezrovnalosti v krivkách rotačných rýchlostí galaxií – snažil sa vysvetliť, prečo boli rýchlosti hviezd v pozorovaných galaxiách väčšie, ako sa očakávalo na základe Newtonových zákonov.

Ako k hypotéze temnej hmoty, tak i k hypotéze MOND viedlo niekoľko nezávislých pozorovaní, ktoré ukázali, že vo vesmíre je nedostatok hmoty. Viditeľná hmota v galaxiách a galaktických kopách skrátka nestačí na vysvetlenie ich dynamiky. Tento problém známy ako „problém chýbajúcej hmoty“ si ako prvý všimol švajčiarsky astronóm Fritz Zwicky.

Ako uviedol svetovo uznávaný austrálsky astrofyzik s českými koreňmi a profesor na Univerzite v Bonne Pavel Kroupa v rozhovore pre portál Stoplusjednicka, Zwicky si pri pozorovaní galaktickej kopy Vlasy Bereniky a pri meraní rýchlosti jednotlivých hviezdnych ostrov všimol niečo zvláštne.

NEPREHLIADNI
Nič také nevideli, v atmosféra Zeme je nová chemikália. Ovplyvňuje zdravie a klímu

Zistil totiž, že na to, aby sa pozorované galaxie pohybovali danou rýchlosťou, museli by byť až 400-násobne hmotnejšie ako ukazovali namerané údaje. Tento nesúlad ho potom priviedol na myšlienku neviditeľnej temnej hmoty.

Jeho štúdie a experimenty však nezostali nepovšimnuté. V 60. a 70. rokoch jeho práce rozšírila astronómka Vera Rubin, ktorá sa zaoberala problematikou rýchlosti rotácie galaxie. Mimochodom jej objav tzv. plochej rotačnej krivky je dodnes považovaný za najpriamejší a najpreukázateľnejší dôkaz temnej hmoty. Presnejšie Rubin a jej kolegovia zistili, že hoci Newtonove zákony predpovedajú, že rýchlosti rotácie hviezdy by mali klesať so vzdialenosťou od galaktického centra, tieto rýchlosti zostávajú takmer konštantné.

Na to aby uvedené mohlo platiť boli predložené dva argumenty. V tom prvom v galaxiách existuje veľké množstvo neviditeľnej hmoty, ktorá zvyšuje rýchlosť hviezd nad rámec toho čo predpovedajú teórie, v tom druhom skrátka Newtonove zákony neplatia pre galaxie. Prvý scenár vedie k hypotéze temnej hmoty, zatiaľ čo ten druhy k MOND.

Základným predpokladom MOND je, že zatiaľ čo Newtonove zákony boli v mnohých experimentoch a pokusoch testované v prostrediach s vysokým zrýchlením (na Zemi a v Slnečnej sústave), neboli overené a testované pre objekty s extrémne nízkym zrýchlením, ako sú práve hviezdy vo vonkajších častiach galaxií.

To viedlo Milgroma k postulovaniu nového zákona gravitačnej sily označovaného aj ako „Milgromov zákon“. Ten spája skutočné zrýchlenie objektu so zrýchlením, ktoré by mu bolo predpovedané na základe Newtonovskej mechaniky. Inak povedané, upravil Newtonove pohybové zákony a gravitačný zákon tak, aby zodpovedali pozorovaným javom vo vesmíre bez nutnosti existencie neviditeľnej temnej hmoty.

Kde sú dôkazy?

MOND, tak ako aj hypotéza temnej hmoty za dobu svojej existencie nazbieral mnoho fanúšikov, ale tiež dôkazov, ktoré prispievajú k jeho vierohodnosti. Zástancovia MOND tvrdia, že táto hypotéza dokáže zodpovedať mnoho astrofyzikálnych javov na galaktických škálach, pričom mnohé z nich je takmer nemožné vysvetliť prostredníctvom temnej hmoty.

Za zmienku stojí štúdia z roku 2020 publikovaná v žurnále The Astrophysical Journal, v ktorej skupina vedcov analyzovala až 153 rotačných kriviek galaxií, v ktorých zistili tzv. external field effect alebo skrátene EFE.

EFE je efekt vyplývajúci z teórie MOND, ktorá predpovedá, že vnútorné pohyby objektu vo vesmíre by nemali závisieť len od hmotnosti toho objektu, ale aj od gravitačnej sily všetkých ostatných hmôt vo vesmíre. Samotný Milgrom povedal, že ak sa tieto tvrdenia dôsledne preveria a ukážu sa ako pravdivé, vedci z celého sveta budú disponovať nepriestrelným dôkazom, že galaxie sa riadia upravenou dynamikou.

Navyše, samotní autori tejto štúdie priznávajú, že do štúdie išli s tým, temná hmota existuje, takže dosiahnuté výsledky ich skutočne prekvapili. K výsledkom dospeli pozorovaním, ktoré ukázalo, že k spomaľovaniu galaxií v „silných vonkajších/externých poliach“ dochádza častejšie, ako v galaxiách v „slabších vonkajších/externých poliach“ – teda presne tak, ako to predpovedá MOND.

Meranie rýchlosti

Dôkazov podporujúcich správnosť hypotézy MOND je však viac. Jedným z posledných je štúdia publikovaná v periodiku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v ktorej astronómovia študovali rýchlosť galaxií, informuje portál ScienceAlert.

Mancera Pina et al., MNRAS, 2021

Zamerali sa však na špeciálny druh galaxií s názvom ultra difúzne galaxie (UDG), čo je typ trpasličej galaxie, ktorá prestala vo svojich útrobách tvoriť hviezdy. Na galaxiách typu UDG je však zaujímavé to, že sa chovajú úplne inak, ako by mali, pričom sa zdá, že niektoré z týchto galaxií sú tvorené takmer výhradne z temnej hmoty, zatiaľ čo tie ďalšie sú takmer úplne bez temnej hmoty.

Jednou z týchto galaxií je aj galaxia s označením AGC 114905 nachádzajúca sa zhruba 250 miliónov svetelných rokov od našej planéty. Túto galaxiu pritom skúmala už v roku 2021 iná skupina vedcov, ktorá dospela k záveru, že rotácia AGC 114905 je tak extrémne pomalá, že nezodpovedá ani modelom s temnou hmotou, ale ani hypotéze MOND.

„Veľmi nízka rýchlosť rotácie je v rozpore s hypotézou MOND, ale aj  so štandardným modelom temnej hmoty,“ objasňuje spoluautor štúdie Hongsheng Zhao. „Ale iba MOND je schopná obísť tento zjavný rozpor,“ dodáva.

Hypotéza je správna

Nová štúdia totiž ukázala, že problémom nie je samotná hypotéza MOND, ale sklon pozorovanej galaxie. Na tieto vzdialenosti je totiž určovanie sklonu pozorovanej galaxie nesmierne náročné. Vzhľadom na to, že predchádzajúce pozorovania naznačili, že AGC 114905 vyzerá ako elipsa, odborníci sa domnievali, že sa galaxia je k nám naklonená pod určitým uhlom.

Nové simulácie však jasne ukázali, že galaxia aj keď sa javí elipticky, je otočená priamo k nám, čo vo výraznej miere mení rýchlosť rotácie galaxie.

„Naše simulácie ukazujú, že sklon AGC 114905 môže byť výrazne menší, ako sa uvádza, čo znamená, že galaxia sa v skutočnosti otáča oveľa rýchlejšie, než sme si mysleli, čo je v súlade s hypotézou MOND,“ uvádza spoluautor štúdie Indranil Banik.

Hoci definitívne rozuzlenie tohto problému je zatiaľ v nedohľadne, MOND naďalej ukazuje, že v tomto „boji“ dvoch hypotéz ešte zďaleka nepovedala posledné slovo.

Pošli nám TIP na článok



Teraz čítajú

NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP