Sjednocení temné hmoty a temné energie?
Představy o temné hmotě (skryté, nám neviditelné, hmotě, která obklopuje všechny galaxie) a temné energii (urychlující síle rozpínání vesmíru) mají ještě svá velká, neodhalená tajemství. Astronomové je objevili, ale nemají žádnou opravdu přesvědčivou představu o tom čím vlastně ve skutečnosti jsou. Nová teorie výzkumného pracovníka Vanderbiltovy univerzity v Tennessee, teoretického fyzika Roberta Scherrera (na snímku), nabízí možná vysvětlení. Scherrer tvrdí, že temná hmota i temná energie jsou vlastně dvě stránky jedné a téže neznámé síly, nazvané "K-essence field" tedy něco jako "K-podstata prostoru". Za jistých podmínek by toto pole mělo mít odpudivou sílu temné energie a za jiných podmínek, by se shlukovalo a simulovalo tak efekt neviditelných částic.
Za několik posledních desetiletí vědci objevili, že ve vesmíru je mnohem více toho co okem nevidíme, než toho co jsme schopni uvidět. Vesmír vypadá, jako by byl naplněn nejen jednou, ale hned dvěma neviditelnými složkami, temnou hmotou a temnou energií, jejichž existence byla navržena podle jejich gravitačních účinků na obyčejnou (řádnou) hmotu a energii.
Nyní teoretický fyzik Robert J. Scherrer přichází s modelem, který by mohl sjednotit (nebo rozdělit na půl, podle toho čemu dáváte přednost) záhadu vesmíru. Vysvětluje totiž temnou hmotu i temnou energii jako dvě stránky jedné a téže neznámé síly. Jeho model je popisován jako "Čistě kinetická podstata sjednocení temné hmoty" (Purely Kinetic k Essence as Unified Dark Matter). Publikoval ho online, ve Physical Review Letters z 30. června na http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
"Jedním ze způsobů, jak si takové sjednocení představit je, že vesmír je naplněn neviditelnou tekutinou, která svým tlakem na obyčejnou (řádnou) hmotu určuje směr rozpínání vesmíru," představuje prof. Scherrer svoji teorii.
Podle Scherrera, je jeho model extrémně jednoduchý a vyhýbá se hlavním problémům, které charakterizovaly předchozí úsilí sjednotit temnou hmotu a temnou energii.
Už v sedmdesátých letech minulého století, astrofyzikové předpokládali existenci neviditelných částeček, nazvaných temná hmota, aby vysvětlili pohyb galaxií. Na základě pozorování, odhadli, že ve vesmíru musí být nejméně 10x více temné hmoty než hmoty "obyčejné". Jedno z možných vysvětlení temné hmoty je, že je tvořena částicemi nového druhu, které pojmenovali WIMP, tedy "slabě se ovlivňující hmotné částice", (dubbed Weakly Interacting Massive Particles). Ty nevyzařují žádné světlo a jen velmi málo se ovlivňují s obyčejnou hmotou. Mnoho experimentů od té doby hledá důkaz existence těchto částic.
Jako by jedné neznámé látky nebylo dost, v devadesátých létech k ní přibývá také temná energie. Ta má produkovat odpudivou sílu, trhají vesmír na části a způsobující jeho rozpínání. Pro vysvětlení tohoto překvapivého objevu museli vědci přehodnotit kosmologické názory platné v té době. Podle nich se vesmír rozpínal stále pomaleji a bylo jen otázkou času, kdy se jeho rozpínání zastaví. Místo toho nastoupila nová teorie stále se zrychlujícího rozpínání. Také musely být pozměněny názory na množství jednotlivých složek tvořících vesmír. Podle posledních odhadů, temná energie tvoří 75 procent vesmíru, temná hmota asi 23 procent a teprve zbývající 2 procenta jsou tím co důvěrně známe, tedy obyčejnou, normální hmotou.
Scherrerovým nápadem je sjednocená, exotická forma energie s přesně stanovenými, ale komplikovanými vlastnostmi pojmenovaná skalární pole. V tomto kontextu, je pole fyzickým množstvím energie a tlaku, které jsou rozšířeny po celém vesmíru. Skalární pole není ničím novým. Kosmologové ho použili již dříve k vysvětlení inflace vesmíru v období krátce po velkém třesku, v době když vesmír podstoupil epizodu hyperaktivní expanze, v čase kratším než jedna sekunda.
Scherrer proto používá ve svém modelu druhou generaci skalárního pole, kterou nazývá "k-essence". K-essence byla vyvinuta Paulem Steinhardtem z Princetonské univerzity jako jiné vysvětlení pro temnou energii. Scherrer ale jako první poukázal na to, že jednoduchý typ k-essence pole může produkovat také efekty přisuzované temné hmotě.
Vědci rozlišují mezi temnou hmotou a temnou energií proto, že vypadají a chovají se různě. Temná hmota vypadá, jako by tvořila obrovské shluky a kosmologové soudí, že přitažlivost těchto shluků hrála klíčovou roli v způsobení na obyčejnou hmotu při formování galaxií. Temná energie, naopak vypadá, že nemá žádnou hmotnost a šíří se jednolitě skrz celý vesmír a působí antigravitačními účinky. Ty pak způsobují rozpínání vesmíru.
Pole k-essence může v čase měnit své chování. Když Scherrer zkoumal velmi jednoduchý typ k-essence pole, objevil, že může napodobit účinek neviditelných částeček temné hmoty, následovaných fází, když se šíří jednotně skrz celý vesmír a chová se tedy jako tmavá energie.
"Model se přirozeně vyvinul do stavu, kdy chvíli vypadá jako temná hmota a chvíli zase jako temná energie," říká Scherrer. Když zkoušel modelovat více detailů, shledal, že se předpokládanou dualitou vyhne mnoha problémům, které trápily předchozí teorie, pokoušející se sjednotit temnou záležitost a tmavé energie.
Nejčasněji byly modely pro temnou energii vytvářeny tím, že upravily obecnou teorii relativity zahrnutím tak zvané kosmologické konstanty. To je termín původně dosazený do teorie relativity samotným Einsteinem, aby něčím vyvážil gravitační sílu a aby tak vytvořil statický vesmír. On sám však od konstanty následně upustil, když astronomická pozorování shledala, že jí není zapotřebí. Nedávné modely ale znovu vzkřísily kosmologickou konstantu, aby vysvětlily účinky temné energie. Má to ale háček. Tyto modely totiž nedokážou zároveň vysvětlit také existenci temné hmoty.
Jeden z pokusů o sjednocení temné hmoty a temné energie, nazývaný Čaplyginův plynový model, je založen na práci ruského fyzika třicátých lét. Ten popisuje temnou hmotu jako první stádium existence tohoto fenoménu. Následováno je pak dalším stádiem, ve kterém je již temnou energií, jako evolučním vývojovým stupněm. Tato teorie má ale problémy jak vysvětlit proces formování galaxií.
Scherrerova nynější formulace má některé podobnosti s jednotnou teorií, kterou navrhl na začátku tohoto roku Nima Arkani Hamedem z Harvardské univerzity a jeho kolegové. Ti se pokusili vysvětlit temnou hmotu a temnou energii jako chování neviditelné a všudypřítomné tekutiny, kterou nazvali "ghost condensate", tedy něco jako stínový (přízračný) kondenzát.
Ačkoli Scherrerův model má množství pozitivních rysů, má také některé nevýhody. Nemůže totiž odpovědět na problém shody okolností, tedy proč historie vesmíru vypadá právě tak jak vypadá, když množství temné hmoty a temné energie je zaměnitelné. Vědci jsou podezřívaví, protože současný stav by mohl být pouze speciálním případem sjednocení.
Zdroj: Vanderbiltova univerzita - tiskové zprávy
Převzato od Hvězdárny Uherský Brod
