Zmrznuté svetlo môže vysvetliť temnú hmotu. Nová teória prevracia fyziku naruby

Temná hmota je jednou z najväčších záhad modernej fyziky. Napriek tomu, že ju nevidíme a nedokážeme priamo zmerať, jej gravitačný vplyv na pohyb galaxií a kozmických štruktúr je nepopierateľný. Tradičné modely ju opisujú ako „studenú“, teda pomaly sa pohybujúcu, stabilnú a gravitačne viazanú hmotu, ktorá vznikla krátko po Veľkom tresku. Nový teoretický model však navrhuje, že temná hmota mohla mať oveľa „svetelnejší“ pôvod, píše ScienceAlert.

Prišli z kvantového plynu?

Dvojica teoretických fyzikov z Dartmouth College, Guanming Liang a Robert Caldwell, navrhla odvážnu myšlienku: Temná hmota mohla vzniknúť z bezhmotných častíc pohybujúcich sa takmer rýchlosťou svetla. Krátko po Veľkom tresku bola totiž hustota energie vo vesmíre extrémne vysoká a častice existovali ako žiariaci, kvantový „plyn“.

Základom hypotézy je analógia s javom, ktorý dobre poznáme zo supravodivosti, tzv. Cooperove páry. V supravodičoch sa elektróny za veľmi nízkych teplôt spájajú do dvojíc, čo vedie k strate elektrického odporu. Liang a Caldwell uvažujú, že podobné párovanie mohlo prebehnúť aj v kvantovej plazme raného vesmíru medzi Diracovými fermiónmi – časticami s polovičným spinom, ktoré v tejto teórii neboli spočiatku hmotné.

Ak sa takéto fermióny spájali do párov, mohlo dôjsť k ich tzv. symetrickému zlomu, čím sa ich energia premieňala na hmotnosť. Tento proces, analogický so „zamrznutím“ častíc, by vytvoril stabilné, pomaly sa pohybujúce objekty, ktoré by boli ideálnymi kandidátmi na temnú hmotu.

Vedia čo hľadať

Na rozdiel od mnohých iných teórií, ktoré predpokladajú nové a nepozorované častice (ako sú napríklad WIMPy alebo axióny), tento model využíva dobre známe mechanizmy kvantovej fyziky a termodynamiky.

Navyše nevyžaduje zložité nové interakcie, stačí správna nerovnováha vo formovaní fermiónových párov pri určitej teplote. Podľa autorov modelu by takýto proces zároveň vysvetľoval, prečo dnes vo vesmíre pozorujeme takú nízku hustotu energie. Veľká časť pôvodnej energie by sa zachytila v pomalých časticiach temnej hmoty.

Midjourney

Ak sa temná hmota naozaj formovala týmto spôsobom, mala by po sebe zanechať špecifickú stopu v kozmickom mikrovlnnom pozadí (CMB), teda v žiare, ktorá k nám prichádza z čias asi 380 000 rokov po Veľkom tresku. Táto žiara uchováva informácie o teplotných fluktuáciách a hustotných nerovnováhach raného vesmíru.

Model Liang–Caldwell predpovedá merateľný „energetický pád“, ktorý by sa mohol objaviť ako anomália v dátach z misií ako Planck či WMAP. Ak by sa podarilo takýto signál nájsť, znamenalo by to významný posun v identifikácii pôvodu temnej hmoty.

Čítajte viac z kategórie: Novinky