Temná hmota může mít svou vlastní „neviditelnou“ periodickou soustavu prvků

Temná hmota možná neexistuje jen v jediné formě, ale může být tvořena různými částicemi s odlišnou hmotností. Podobně jako běžná hmota, která se skládá z prvků periodické tabulky. S touto odvážnou teorií přišel tým kosmologů, který v říjnu 2024 publikoval svou studii v předtiskové databázi arXiv. Podle jejich modelu mohla krátce po Velkém třesku vzniknout obří temná hmota, a klíčovou roli v tom hrály černé díry.

Co je k této teorii vedlo?

Studie vychází ze známého jevu, že v raném vesmíru docházelo k prudkým fázovým přechodům, kdy se od sebe oddělovaly základní přírodní síly. Z původně jednotné síly vznikly čtyři základní interakce, jak je známe dnes. Každý takový přechod znamenal radikální změnu ve fyzikálních zákonitostech. Není to pouhá spekulace. Závěrečnou fázi těchto přechodů umíme v laboratoři částečně napodobit pomocí urychlovačů částic, kde lze při extrémních energiích pozorovat spojení elektromagnetické a slabé jaderné síly do jediné.

Bubliny temné hmoty

Autoři navrhují, že právě během jednoho z těchto raných fázových přechodů mohla být ultra-těžká temná hmota uvězněna. Pokud byl přechod dostatečně chaotický, vytvořily se v prostoru „bubliny“ – oblasti, kde už platila nová fyzika, zatímco zbytek vesmíru zůstal beze změny. Podobně jako při varu vody, kdy se uvnitř kapaliny tvoří plynné bubliny. V tomto scénáři byla nejstarší temná hmota lehká, ale v pozdějších obdobích začala být výrazně těžší. A právě v těchto bublinách došlo k extrémnímu zahuštění temné hmoty. Až do té míry, že se zhroutila do černých děr.

Tyto černé díry však nezůstaly navždy. Postupně se vypařily pomocí tzv. Hawkingova záření, což je proces, při němž z černých děr velmi pomalu uniká tepelné záření. K tomu došlo ještě před vznikem běžné hmoty, jakou známe dnes. A právě během vypařování černých děr začala temná hmota znovu „vyplouvat na povrch“. Černé díry podle modelu před svým zánikem uvolnily nové částice temné hmoty.

Neviditelná skupina "prvků"

Tento mechanismus podle vědců přirozeně omezuje celkové množství masivní temné hmoty ve vesmíru. Pouze určitý objem stihne z černých děr uniknout dříve, než zcela zaniknou. V důsledku toho navíc vzniká široká škála různých druhů částic temné hmoty. Ačkoliv jsou všechny prakticky neviditelné, liší se v hmotnosti, rychlosti a schopnosti interagovat s běžnou hmotou. V tomto modelu tedy temná hmota není jednotná, ale tvoří rozsáhlou sbírku částic – podobně jako běžná hmota zahrnuje všechny prvky periodické tabulky.

Zatím však jde o čistě teoretickou představu. Jakékoli experimentální potvrzení, například přímé zachycení některého typu částic temné hmoty, by této myšlence výrazně pomohlo. Astronomové také vyvíjejí nové metody pro pozorování gravitačních vln z období Velkého třesku, které by mohly otevřít přímé okno do této klíčové fáze vývoje vesmíru. Pokud je teorie správná, může v našem vesmíru existovat celý neviditelný svět temné fyziky – pestrý, bohatý a dosud skrytý našim přístrojům.