Cold Dark Matter (CDM)

Vesmír je tvořen alespoň dvěma druhy hmoty. Především existuje materiál, který můžeme zjistit, který astronomové nazývají „baryonskou“ hmotou. Je to myšlenka jako „obyčejná“ hmota, protože je vyrobena z protonů a neutronů, které lze měřit. Baryonská hmota zahrnuje hvězdy a galaxie a všechny objekty, které obsahují.

Ve vesmíru jsou také „věci“, které nelze detekovat běžnými pozorovacími prostředky. Přesto existuje, protože astronomové mohou měřit svůj gravitační účinek na baryonickou hmotu. Astronomové nazývají tento materiál „temnou hmotou“, protože je dobře temná. Neodráží nebo nevyzařuje světlo. Tato záhadná forma hmoty představuje některé velké výzvy k pochopení velkého množství věcí o vesmíru, které sahají až na začátek, asi před 13,7 miliardami let.

Před desítkami let astronomové zjistili, že ve vesmíru není dostatek hmoty k vysvětlení věcí, jako je rotace hvězd galaxie a pohyby hvězdokup. Hmota ovlivňuje pohyb objektu vesmírem, ať už je to galaxie nebo hvězda nebo planeta. Například podle toho, jak se některé galaxie otáčely, se zdálo, že někde tam bylo více hmoty. Nebylo to detekováno. Nějak to „chybělo“ z hromadného inventáře, který shromáždili pomocí hvězd a mlhovin, přiřadit galaxii danou hmotu.

Vědci začali hlouběji zkoumat, kam přicházejí všechny chybějící hmoty. Domnívali se, že snad naše chápání fyziky, tzn. obecná relativita, byl vadný, ale příliš mnoho dalších věcí se nesčítalo. Rozhodli se tedy, že možná ta masa stále existuje, ale jednoduše to nebylo vidět.

I když je stále možné, že nám v našich teoriích gravitace chybí něco zásadního, druhá možnost byla pro fyziky chutnější. Z tohoto zjevení se zrodila myšlenka temné hmoty. Existují observační důkazy kolem galaxií a teorie a modely poukazují na zapojení temné hmoty na počátku vesmíru. Astronomové a kosmologové vědí, že je to tam venku, ale ještě nepřišli na to, co to je.

Co tedy může být temná hmota? Zatím existují pouze teorie a modely. Ve skutečnosti je lze rozdělit do tří obecných skupin: horká temná hmota (HDM), teplá temná hmota (WDM) a studená temná hmota (CDM).

Z těchto tří je CDM již dlouho vedoucím kandidátem na to, co je tato chybějící hmota ve vesmíru. Někteří vědci stále upřednostňují teorii kombinací, kde společně existují aspekty všech tří typů temné hmoty, které tvoří celkovou chybějící hmotu.

CDM je druh temné hmoty, která, pokud existuje, se pohybuje pomalu ve srovnání s rychlostí světla. Předpokládá se, že byl ve vesmíru přítomen od samého začátku a velmi pravděpodobně ovlivnil růst a vývoj galaxií. stejně jako formování prvních hvězd. Astronomové a fyzici si myslí, že je to pravděpodobně nějaká exotická částice, která dosud nebyla detekována. Je velmi pravděpodobné, že má některé velmi specifické vlastnosti:

To by muselo postrádat interakci s elektromagnetickou silou. To je docela zřejmé, protože temná hmota je temná. Proto neinteraguje s žádným typem energie v elektromagnetickém spektru, neodráží jej ani nevyzařuje.

Každá kandidátská částice, která tvoří studenou temnou hmotu, by však musela vzít v úvahu, že musí interagovat s gravitačním polem. Jako důkaz toho si astronomové všimli, že akumulace temné hmoty v klastrech galaxií mají gravitační vliv na světlo od vzdálenějších objektů, které se náhodou procházejí. Toto takzvané „gravitační efekt objektivu“ byl pozorován mnohokrát.

Zatímco žádná známá hmota nesplňuje všechna kritéria pro studenou temnou hmotu, byly pro vysvětlení CDM (pokud existují) pokročilé alespoň tři teorie.

• Slabé interakce masivních částic: Také známý jako WIMP, tyto částice, samozřejmě, splňují všechny potřeby CDM. Nebyla však nikdy nalezena žádná taková částice. WIMP se staly termínem catch-all pro všechny kandidáty na studenou temnou hmotu, bez ohledu na to, proč se předpokládá, že částice vznikne.
• Axions: Tyto částice mají (alespoň okrajově) nezbytné vlastnosti temné hmoty, ale z různých důvodů pravděpodobně nejsou odpovědí na otázku studené temné hmoty.
• MACHO: To je zkratka pro Masivní kompaktní objekty Halo, což jsou objekty jako černé díry, starověké neutronové hvězdy, hnědí trpaslíci a planetární objekty. To vše jsou nesvětelné a masivní. Ale vzhledem k jejich velkým rozměrům, pokud jde o objem i hmotnost, by bylo relativně snadné detekovat monitorováním lokalizovaných gravitačních interakcí. Existují problémy s hypotézou MACHO. Například pozorovaný pohyb galaxií je jednotný způsobem, který by bylo obtížné vysvětlit, zda MACHO dodal chybějící hmotu. Hvězdokupy by navíc vyžadovaly velmi rovnoměrné rozložení takových objektů v rámci svých hranic. To se zdá velmi nepravděpodobné. Také pouhý počet MACHO, který by musel být poměrně velký, aby vysvětlil chybějící hmotu.

Momentálně tajemství temné hmoty zatím nemá zjevné řešení. Astronomové pokračují v navrhování experimentů k hledání těchto nepolapitelných částic. Když přijdou na to, co jsou a jak jsou distribuovány po celém vesmíru, odemknou další kapitolu v našem chápání vesmíru.