Otázka původu vesmíru, jeho minulosti a budoucnosti znepokojuje lidi odnepaměti. Po mnoho staletí vznikaly a vyvracely teorie, které nabízely obraz světa na základě známých dat. Zásadním šokem pro vědecký svět byla Einsteinova teorie relativity. Také významně přispěla k pochopení procesů, které tvoří vesmír. Teorie relativity se však nemohla prohlásit za konečnou pravdu, která nevyžaduje žádné dodatky. Zdokonalující se technologie umožnily astronomům učinit dříve nemyslitelné objevy, které vyžadovaly nový teoretický základ nebo výrazné rozšíření stávajících ustanovení. Jedním z takových jevů je temná hmota. Ale nejdřív to.
Případy minulých dnů
Abychom pochopili pojem „temná hmota“, vraťme se na začátek minulého století. V té době dominovala myšlenka vesmíru jako stacionární struktury. Mezitím obecná teorie relativity (GR) předpokládala, že dříve nebo později síla přitažlivosti povede k „slepení“všech vesmírných objektů do jediné koule, stane se to taktotzv. gravitační kolaps. Mezi vesmírnými objekty nejsou žádné odpudivé síly. Vzájemná přitažlivost je kompenzována odstředivými silami, které vytvářejí neustálý pohyb hvězd, planet a dalších těles. Tímto způsobem je zachována rovnováha systému.
Aby se předešlo teoretickému kolapsu vesmíru, zavedl Einstein kosmologickou konstantu – hodnotu, která přivádí systém do nezbytného stacionárního stavu, ale zároveň je ve skutečnosti vynalezena bez zjevných důvodů.
Expanding Universe
Výpočty a objevy Friedmana a Hubblea ukázaly, že není třeba porušovat harmonické rovnice obecné teorie relativity pomocí nové konstanty. Je dokázáno, a dnes je tato skutečnost prakticky nepochybná, že Vesmír se rozpíná, kdysi měl počátek a o stacionárnosti nemůže být řeč. Další vývoj kosmologie vedl ke vzniku teorie velkého třesku. Hlavním potvrzením nových předpokladů je pozorovaný nárůst vzdálenosti mezi galaxiemi s časem. Právě měření rychlosti vzájemného oddělování sousedních vesmírných systémů vedlo k vytvoření hypotézy, že existuje temná hmota a temná energie.
Data nejsou v souladu s teorií
Fritz Zwicky v roce 1931 a poté Jan Oort v roce 1932 a v 60. letech počítali hmotnost hmoty galaxií ve vzdálené kupě a její poměr k rychlosti jejich vzájemného oddělování. Čas od času došli vědci ke stejným závěrům: toto množství hmoty nestačí na to, aby gravitace, kterou vytváří, byla schopna udržetspolečně galaxie pohybující se tak vysokou rychlostí. Zwicky a Oort navrhli, že existuje skrytá hmota, temná hmota vesmíru, která neumožňuje vesmírným objektům rozptylovat se různými směry.
Hypotézu však vědecký svět uznal až v sedmdesátých letech, po oznámení výsledků práce Vera Rubin.
Postavila rotační křivky, které jasně demonstrují závislost rychlosti pohybu hmoty galaxie na vzdálenosti, která ji dělí od středu systému. Oproti teoretickým předpokladům se ukázalo, že rychlosti hvězd při jejich vzdalování od galaktického středu neklesají, ale rostou. Takové chování svítidel lze vysvětlit pouze přítomností halo v galaxii, která je vyplněna temnou hmotou. Astronomie tak čelí zcela neprozkoumané části vesmíru.
Vlastnosti a složení
Temnota se tomuto druhu hmoty říká, protože ji nelze vidět žádnými existujícími prostředky. Jeho přítomnost je rozpoznána nepřímým znakem: temná hmota vytváří gravitační pole, aniž by vyzařovala zcela elektromagnetické vlny.
Nejdůležitějším úkolem, který před vědci vyvstal, bylo získat odpověď na otázku, z čeho se tato záležitost skládá. Astrofyzici se jej pokusili „naplnit“obvyklou baryonovou hmotou (baryonová hmota se skládá z více či méně prozkoumaných protonů, neutronů a elektronů). Temné halo galaxií zahrnovalo kompaktní, slabě vyzařující hvězdy tohoto typuhnědé trpaslíky a obrovské planety blízko Jupiteru co do hmotnosti. Tyto předpoklady však neobstály při zkoumání. Baryonová hmota, známá a známá, tak nemůže hrát významnou roli ve skryté hmotě galaxií.
Fyzika dnes hledá neznámé komponenty. Praktický výzkum vědců vychází z teorie supersymetrie mikrokosmu, podle níž pro každou známou částici existuje supersymetrický pár. To jsou ty, které tvoří temnou hmotu. Dosud však nebyly získány žádné důkazy o existenci takových částic, možná je to záležitost blízké budoucnosti.
Temná energie
Objevem nového typu hmoty překvapení, které vesmír pro vědce připravil, neskončil. V roce 1998 měli astrofyzici další šanci porovnat data teorií s fakty. Tento rok byl ve znamení výbuchu supernovy v galaxii daleko od nás.
Astronomové k ní změřili vzdálenost a byli mimořádně překvapeni získanými údaji: hvězda vzplanula mnohem dále, než by podle stávající teorie měla být. Ukázalo se, že rychlost rozpínání vesmíru se zvyšuje s časem: nyní je mnohem vyšší, než tomu bylo před 14 miliardami let, kdy údajně došlo k velkému třesku.
Jak víte, aby se zrychlil pohyb těla, potřebuje přenést energii. Síla, která způsobuje rychlejší rozpínání vesmíru, se stala známou jako temná energie. Toto není o nic méně záhadná část vesmíru než temná hmota. Ví se jen, že je charakteristickýrovnoměrné rozložení v celém vesmíru a jeho dopad lze registrovat pouze na obrovské kosmické vzdálenosti.
A znovu kosmologická konstanta
Temná energie otřásla teorií velkého třesku. Část vědeckého světa je k možnosti takové látky a jí způsobenému zrychlení expanze skeptická. Někteří astrofyzici se pokoušejí oživit zapomenutou Einsteinovu kosmologickou konstantu, která opět z kategorie velkého vědeckého omylu může jít do řady pracovních hypotéz. Jeho přítomnost v rovnicích vytváří antigravitaci, což vede ke zrychlení expanze. Některé důsledky přítomnosti kosmologické konstanty však nesouhlasí s pozorovacími údaji.
Temná hmota a temná energie, které tvoří většinu hmoty ve vesmíru, jsou dnes pro vědce záhadou. Na otázku o jejich povaze neexistuje jediná odpověď. Navíc to možná není poslední tajemství, které nám vesmír ukrývá. Temná hmota a energie se mohou stát prahem nových objevů, které mohou změnit naše chápání struktury vesmíru.
