Zachytili jsme signál temné hmoty uvnitř rentgenového záření galaxií?

24. prosinec 2014

Evropští vědci z Leidenské univerzity v Nizozemí a z Federální polytechniky ve švýcarském Lausanne zjistili pomocí astronomické družice XMM-Newton, že rentgenové záření z některých galaxií by mohlo obsahovat specifické stopy po přítomnosti temné hmoty.

Zachycení této potenciální “signatury temné hmoty” se týká konkrétně pozorování Velké galaxie v souhvězdí Andromedy (M31) a dále galaxií soustředěných v kupě galaxií s názvem Perseus. Příslušná složka rentgenového záření by mohla vznikat díky rozpadu zatím hypotetických částic, tzv. sterilních neutrin.

Připomeňme si, že podle současných kosmologických a astrofyzikálních představ tvoří tzv. temná hmota asi 22 % celkové hmotnosti vesmíru. Víme o ní však zatím jen velmi málo a nebyla zatím žádným způsobem přímo detekována. Neznáme proto ani její charakter, tj. její přesné složení. Viditelné svítící hmoty (například té ve formě atomů či iontů) je však ve vesmíru asi 5krát méně, tedy zhruba jen 4-5 % celkové hmotnosti. Zbývajících 73-74 % tvoří tzv. temná energie, o které nevíme téměř vůbec nic. Přestože temná hmota není přímo vidět v rámci spektra elektromagnetického záření, můžeme sledovat a také simulovat její (nejen) gravitační účinky na jinou hmotu, na jiné částice. V tomto smyslu se v principu temná hmota neliší od hmoty viditelné. Temná hmota se přitom projevuje výrazně gravitačně jak na úrovni galaxií, tak i na úrovni tzv. velkorozměrové struktury vesmíru. Svítící složka každé galaxie je přitom doslova vnořena do mnohem většího neviditelného shluku temné hmoty.

Skupina evropských vědců uvedla, že v oboru rentgenového záření, které přichází ze zmíněných galaxií, byly zaznamenány některé nezvyklé a slabé složky, které neodpovídají žádnému ze známých zdrojů či běžných částicových mechanismů, které v nich mohou hrát roli. Podobné zvláštní a velmi slabé složky byly nalezeny také v rentgenovém záření, přicházejícím z galaxie M31 v souhvězdí Andromedy a z galaxií z kupy Perseus. Nakonec zjistili astronomové příznaky stejné signatury i v rentgenovém záření naší Galaxie, Mléčné dráhy.

Nákres (není v měřítku) ukazuje axiony (modře), proudící od Slunce, měnící se v magnetickém poli Země (červeně) na rentgenové paprsky (oranžově) , které jsou detekovány astronomickou družicí XMM-Newton

Tato signatura by mohla pocházet z přirozeného rozpadu jednoho zvláštního typu částic, který patří do kategorie temné hmoty. Tímto jsou sterilní neutrina, což jsou hypotetické částice, příbuzné dnes známým “obyčejným” či “aktivním” neutrinům. Sterilní neutrina by měla mít nulový elektrický náboj, nulový “slabý náboj” a zatím neexistuje přesnější představa o jejich hmotnosti. Také prostorové rozložení dotyčného rentgenového signálu odpovídá tomu, co lze čekat od rozložení temné hmoty v galaxiích - tedy větší koncentrace hmoty a větší intenzita odpovídajícího signálu uprostřed galaxie a mnohem menší hustota a mnohem slabší signál na jejích okrajích.

Další skupina britských astrofyziků, spojená s univerzitou v Leicesteru, zase přiřazuje některé naměřené složky rentgenového záření, přicházejícího k nám pro změnu z jádra Slunce, působení dalších hypotetických částic temné hmoty - axionů. Měly by se měnit na rentgenové záření díky působení zemského magnetického pole, šlo by tedy o lokální jev. A ještě další koncepce počítá s tím, že specificky zvýšená pozorovaná intenzita gama záření, které k nám přichází ze středu naší Galaxie, vzniká působením dalších částic temné hmoty, tzv. WIMPS (weakly interacting massive particles), tedy slabě působících masivních částic.

Temná hmota - masivní kupa žlutavých galaxií, zdánlivě chycená v červené a modré pavučině pokroucených galaxií v pozadí. Snímek z Hubbleova vesmírného teleskopu

Pokud by se tyto hypotézy přesvědčivě potvrdily prostřednictvím dalších pozorování, která jsou nutná, bylo by možno vyvinout speciální teleskopy, které by přímo zachytávaly tuto signaturu a mohly by tak mapovat rozložení temné hmoty ve vesmíru.

Zdroje: Phys.Org 1, Phys.Org 2, Phys.Org 3, Los Angeles Times, Space.com 1, Space.com 2, Space.com 3, Space.com 4, Discovery News, Conscious Life News, Physics-Astronomy/Blogspot, IFL Science, New Scientist, Sterilní neutrino (Wikipedia)

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio