Nová studie naznačuje, že tajemní „temné trpaslíci“ by mohli poskytnout zásadní vhled do skutečné povahy temné hmoty.
Nebeské objekty známé jako Dark Trpatelé by mohly být skryty poblíž centra naší galaxie a vědci věří, že by mohli pomoci odemknout tajemství jednoho z největších záhad v moderní kosmologii: temná hmota.
V nově publikované studii v Journal of Cosmology and Astročástice fyzikyTým vědců z Velké Británie a Havaje představuje koncept temných trpaslíků a nastiňuje, jak bychom je mohli detekovat pomocí nástrojů, které jsou již k dispozici, včetně James Webb Space Telescope.
Mezinárodní výzkumný tým si vybral název „Dark Twarfs“ ne proto, že tyto objekty jsou ze své podstaty tmavé, ale kvůli jejich blízkému vztahu s temnou hmotou – téma, které dnes zůstává pro astrofyziku a kosmologii ústřední.
„Myslíme si, že 25% vesmíru je složeno z druhu hmoty, který nevydává světlo, což je pro naše oči a dalekohledy neviditelné. Zjišťujeme to pouze prostřednictvím jeho gravitačních účinků. Proto to nazýváme tmavou hmotou,“ vysvětluje to Jeremy Sakstein, profesor fyziky na univerzitě v Hawai’i a jeden z autorů studie.
Porozumění neznámému
Zatímco vědci potvrdili přítomnost temné hmoty a pozorovali, jak se chová, její skutečná povaha zůstává neznámá. Během posledních pěti desetiletí bylo navrženo mnoho teorií, ale žádné nebyly podporovány dostatečnými experimentálními údaji, které by bylo možné potvrdit. Výzkumné úsilí, jako je tento, si klade za cíl nabídnout praktické způsoby, jak se přiblížit k řešení.
Mezi nejznámější kandidáti na temnou hmotu patří slabě interagující masivní částice (wimpy)-velmi masivní částice, které velmi slabě interagují s běžnou hmotou: procházejí věcmi bez povšimnutí, nevyzařují světlo a nereagují na elektromagnetické síly (takže neodrážejí světlo a zůstávají neviditelné) a odhalují pouze prostřednictvím svých gravitačních účinků. Tento typ temné hmoty by byl nezbytný pro existenci tmavých trpaslíků. „Tmavá hmota interaguje gravitačně, takže by ji mohly zachytit hvězdami a hromadit se uvnitř nich. Pokud k tomu dojde, může to také interagovat se sebou a zničit a uvolnit energii, která zahřívá hvězdu,“ vysvětluje Sakstein.
Obyčejné hvězdy – jako naše slunce – svinují, protože procesy jaderné fúze se vyskytují v jejich jádrech a vytvářejí velké množství tepla a energie. Fúze dochází, když je hmota hvězdy dostatečně velká, že gravitační síly komprimují hmotu směrem ke středu s takovou intenzitou, že vyvolávají reakce mezi atomovými jádry. Tento proces uvolňuje obrovské množství energie, které považujeme za světlo. Temné trpaslíci také emitují světlo – ale ne kvůli jaderné fúzi.
„Temné trpaslíci jsou velmi nízké hmotnostní objekty, asi 8% sluneční hmoty,“ vysvětluje Sakstein. Taková malá hmota nestačí ke spuštění fúzních reakcí. Z tohoto důvodu takové objekty – i když velmi běžné ve vesmíru – obvykle vyzařují jen slabé světlo (kvůli energii produkované jejich relativně malou gravitační kontrakcí) a vědci jsou známy jako hnědé trpaslíky.
Když se hnědí trpaslíci stanou něčím více
Pokud se však hnědí trpaslíci nacházejí v regionech, kde je temná hmota obzvláště hojná – jako je střed naší galaxie – mohou se proměnit v něco jiného. „Tyto objekty shromažďují temnou hmotu, která jim pomáhá stát se temným trpaslíkem. Čím temnější hmotu máte kolem, tím více můžete zachytit,“ vysvětluje Sakstein. „A čím temnější hmota končí uvnitř hvězdy, tím více energie bude vyráběna jeho zničením.“
To vše se však spoléhá na konkrétní typ temné hmoty. „Aby existovali temné trpaslíci, musí být tmavá hmota vyrobena z wimps nebo jakékoli těžké částice, která se tak silně interaguje, aby produkovala viditelnou hmotu,“ říká Sakstein. Jiní kandidáti navrhovali vysvětlit temnou hmotu – jako jsou oxiony, fuzzy ultralehké částice nebo sterilní neutrina – jsou příliš lehké, aby vytvořily očekávaný účinek v těchto objektech. Pouze masivní částice, které jsou schopné vzájemně interagovat a zničit do viditelné energie, by mohly pohánět tmavý trpaslík.
Celá tato hypotéza by však měla malou hodnotu, kdyby nebyl konkrétní způsob, jak identifikovat temný trpaslík. Z tohoto důvodu Sakstein a jeho kolegové navrhují výrazný marker: „Bylo tam několik značek, ale navrhli jsme lithium-7, protože by to byl opravdu jedinečný účinek,“ vysvětluje vědec. Lithium-7 velmi snadno hoří a rychle se konzumuje v běžných hvězdách. „Takže kdybyste mohli najít předmět, který vypadal jako temný trpaslík, mohl byste hledat přítomnost tohoto lithia, protože by to nebylo, kdyby to byl hnědý trpaslík nebo podobný předmět.“
Nástroje jako James Webb Space Telescope by již mohly být schopny detekovat extrémně chladné nebeské objekty, jako jsou tmavé trpaslíky. Podle Saksteina však existuje další možnost: „Druhou věcí, kterou byste mohli udělat, je podívat se na celou populaci objektů a zeptat se statisticky, pokud je lépe popsáno podrobením temných trpaslíků nebo ne.“
Pokud by se nám v nadcházejících letech podařilo identifikovat jeden nebo více temných trpaslíků, jak silné by toto vodítko podporovalo hypotézu, že tmavá hmota je vyrobena z wimps?
„Přiměřeně silné. U kandidátů na lehkou temnou hmotu, něco jako axion, si nemyslím, že byste mohli získat něco jako tmavý trpaslík. Nevyhrožují se uvnitř hvězd. Pokud by se nám podařilo najít tmavý trpaslík, poskytlo by to přesvědčivé důkazy o tom, že temná hmota je těžká, interaguje silně s sebou, ale pouze slabým modelem. Pozorování tmavého trpaslíka by nám nepředvídalo, že temná hmota je wimp, ale znamenalo by to, že se jedná o wimp nebo něco, co se pro všechny záměry a účely chová jako wimp. “
Reference: „Temné trpaslíci: Suber-hvězdové předměty poháněné temnou hmotou čekají na objev v galaktickém centru“ od Djuna Croon, Jeremy Sakstein, Juri Smirnov a Jack Streeter, 7. července 2025, Journal of Cosmology and Astročástice fyziky.
Doi: 10.1088/1475-7516/2025/07/019
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
