Detektor na Mezinárodní kosmické stanici možná zachytil stopy činnosti temné hmoty

29. září 2014

Už tři roky pracuje na palubě Mezinárodní kosmické stanice (ISS) speciální částicový detektor s názvem Magnetický spektrometr Alfa (AMS-02). Jeho úkolem je zachycovat a analyzovat vysokoenergetické částice, které volně létají kosmickým prostorem a často k nám přicházejí z obrovských dálek mezihvězdného a mezigalaktického prostoru.

Někdy se jim také říká částice kosmického záření. Podle nových zpráv možná právě data naměřená detektorem AMS obsahují nepřímou informaci, kterou lze vyložit jako působení hypotetických částic temné hmoty.

Podle současných kosmologických a astrofyzikálních představ tvoří tzv. temná hmota asi 22 % hmotnosti vesmíru. Víme o ní však zatím jen velmi málo a nebyla zatím žádným způsobem přímo detekována. Viditelné svítící hmoty (například té ve formě atomů či iontů) je ve vesmíru asi 5x méně, tedy zhruba jen asi 4-5 % celkové hmotnosti. Zbývajících 73-74 % tvoří tzv. temná energie, o které nevíme téměř vůbec nic. Přestože temná hmota není přímo vidět, můžeme sledovat a také simulovat její gravitační či jiné účinky na jinou hmotu, na jiné částice. V tomto smyslu se v principu neliší od hmoty viditelné. Dá se také říci, že struktury temné hmoty významně ovlivňují, jak se v prostoru strukturuje hmota svítící, tedy galaxie, jejich kupy či nadkupy. Síť neviditelné hmoty je doslova jakousi „vesmírnou osnovou” pro rozložení hmoty viditelné. A v neposlední řadě shluky temné hmoty samozřejmě ovlivňují i své vlastní rozložení v prostoru.

Na činnosti Magnetického spektrometru Alfa se podílelo asi 60 vědeckých institucí ze 16 zemí. Během téměř 4 let fungování tento detektor zachytil a zanalyzoval asi 41 miliard částic kosmického záření, z čehož asi 10 milionů bylo tvořeno elektrony a pozitrony. Na základě jejich analýzy vědci zjistili, že vlastnosti kosmického záření by mohla ovlivňovat hypotetická částice tvořící část temné hmoty s názvem neutralino. Neutralino je v rámci jisté fyzikální vlastnosti známé jako supersymetrie jakýmsi duálním partnerem k částici jménem neutrino a má klidovou hmotnost 1000krát větší než proton. Neutralina se podle teorie mohou vzájemně srážet, přičemž dochází k jejich vzájemné anihilaci. Na konci tohoto procesu pak vznikají mj. běžně detekovatelné pozitrony. Klíčem k vystopování „temných” čili nesvítících neutralin je pak vzájemný poměr počtu elektronů a jejich antičástic pozitronů v zachyceném vzorku částic kosmického záření.

Mezinárodní kosmické stanice

Podle modelu působení anihilace neutralin na počet „obyčejných” částic v oblasti naší Galaxie bychom měli pozorovat změnu v poměru počtů obou částic, a to navíc v závislosti na velikosti jejich energie. Nejdříve by měl počet pozitronů relativně k počtu elektronů se vzrůstající energií růst a pak v oblasti vysokých energií dramaticky spadnout. A právě takovou závislost detektor AMS zachytil. To odpovídá situaci, kdy kulovitý oblak neutralin, obklopující disk naší Galaxie v oblasti tzv. „galaktického halo”, postupně anihiluje sám sebe. Zatímco galaktický disk, tvořený svítící hmotou, má asi 100 000 světelných let v průměru, kulovité halo tvořené temnou hmotou může mít průměr až 1 milion světelných let. Pokud by v Galaxii nebyl přítomen velký oblak neutralin, byl by relativní počet pozitronů v kosmickém záření menší a navíc by se vzrůstající hodnotou jejich energie neustále klesal.

Nicméně ani měření Magnetického spektrometru Alfa nelze zatím považovat za definitivní důkaz temné hmoty. Bude totiž třeba vyloučit všechny možné jiné vlivy, které mohou dávat stejné výsledky měření, např. činnost pulsarů. Mnohé nám napoví podobné měření vzájemného poměru protonů a antiprotonů, které se teprve chystá.

Zdroje: Discovery News, Phys.Org 1, Phys.Org 2, American Physical Society, NASA, Space.com, LiveScience

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio