Temná hmota: Porovnání verzí

'''Temná hmota''' je označení hypotetické formy [[hmota|hmoty]]. Její existence by vysvětlovala nesrovnalosti mezi některými skutečně pozorovanými a vypočítanými hodnotami z modelů. O povaze chybějící hmoty existuje množství teorií, většina z nich se shoduje na faktu, že ji lze ve [[vesmír]]u pozorovat jen díky jejímu [[gravitace|gravitačnímu]] vlivu na okolní objekty tvořené běžnou „svítící“ hmotou, ale neemituje elektromagnetické záření. Odtud označení její označení jako temná hmota.

Podle posledních měření je nyní ve [[Vesmír|vesmíru]] temné hmoty kolem 23 %, zatímco nám známá [[Baryon|baryonová hmota]], z níž je složena většina objektů, které můžeme přímo či nepřímo pozorovat, tvoří jen 4 %. Zbytek [[Vesmír|vesmíru]] - 73 %, tedy největší část, tvoří takzvaná [[temná energie]].<ref>[http://aldebaran.cz/bulletin/2004_40_par.html Klíčové parametry našeho vesmíru] - prof. Petr Kulhánek</ref> Předpokládá se ale, že v počátečních fázích vesmíru byl poměr zcela jiný.

Malou částí temné hmoty může být i baryonová temná hmota (tzn. [[Elementární částice|částice]] s poločíselným [[Spin|spinem]] složené ze tří [[Kvark|kvarků]]). Tato hmota by měla vyzařovat nepatrné (nebo žádné) množství elektromagnetické energie. Do těchto objektů patří např. hnědí trpaslíci, nebo masivní halo objekty (MACHO). Tento typ hmoty ale přispívá jen nepatrným množstvím do celkové hmotnosti předpokládané temné hmoty. Předpokládá se, že drtivou většinu temné hmoty tvoří nebaryonová temná hmota, která není složena z atomů. Nebaryonovou temnou hmotu rozdělujeme do tří skupin: horká temná hmota (HDM), chladná temná hmota (CDM) a teplá temná hmota (WDM), přičemž jsou možné i některé jejíjejich kombinace.<ref>http://hp.ujf.cas.cz/~wagner/prednasky/temna/nebaryon/nebaryon.html Nebaryonová temná hmota</ref>

Má větší klidovou hmotnost a pohybuje se nerelativisticky. Tuto hmotu by měly zprostředkovávat částice typu [[fotina]], [[neutralina]], [[těžká neutralina]], nebo [[Axion|axiony]].

Z výsledků měření izotropního radiovéhorádiového kosmického záření (experiment ARCADE) vyplývá, že jeho jasnost je vyšší než záření předpokládané z extragalaktických zdrojů. Vysvětlují-li se pomocí temné hmoty v naší [[Galaxie Mléčná dráha|Galaxii]] tvořené WIMP, pak pro jejich hmotnost vyplývá, že pravděpodobně leží v intervalu 10–20 G[[elektronvolt|eV]]/[[rychlost světla|c]]².<ref> N. Fornengo, R. Lineros, M. Regis, M. Taoso: [http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1108/1108.0569v1.pdf A dark matter interpretation for the ARCADE excess?]. ''ArXiv'':1108.0569v1, 2. srpna 2011 (anglicky)</ref><ref>Jon Cartwright: [http://physicsworld.com/cws/article/news/48018 Radio-wave excess could point to dark matter]. ''PhysicsWorld'', 1. prosince 2011 (anglicky) — popularizační článek k předchozí referenci</ref>

Také z pozorování vesmírného synchrotronového záření emitovaného při pohybu nabitých částic v magnetickém poli blízko středu [[Galaxie Mléčná dráha|Galaxie]] kosmickým dalekohledem [[Planck (družice)|Planck]] vyvodil v roce 2012 tým vědců závěr, že temná hmota je tvořena velmi hmotnými částicemi (možná 10krát těžšími, než je předpokládaná hmotnost [[Higgsův boson|Higgsova bosonu]]), které s ostatní hmotou neinteragují a jejichž vzájemné interakce jsou ve většině oblastí vesmíru velmi řídké.<ref>Planck Collaboration: [http://arxiv.org/abs/1208.5483 Planck Intermediate Results. IX. Detection of the Galactic haze with Planck]. ''ArXiv'':1208.5483, [http://arxiv.org/pdf/1208.5483v1 PDF],27. srpna 2012(anglicky)</ref><ref>MIHULKA Stanislav: [http://www.osel.cz/index.php?clanek=6460 Je už temná hmota konečně blízko prozrazení?] ''O.S.E.L.'', 5. září 2012 — popularizační článek k předchozí referenci</ref>

Asi nejpřesvědčivější argument pro existenci temné hmoty je měření rychlostí spirálních galaxií. Spirální galaxie má střed kulového tvaru, z níž vycházejí jednotlivá spirální ramena. Oběžné rychlosti můžeme měřit pomocí spektrálních čar (DoplerovaDopplerova posuvu) jako funkci od středu galaxie.

Příkladem je např. měření závislosti rychlosti na vzdálenosti galaxie [[NGC6503]]. Výsledkem měření bylo, že rychlost od centra galaxie roste přibližně na hodnotu 120 km/s, a zde zůstává konstantní až do nejvzdálenějších měřitelných vzdáleností. To je ale v rozporu s pozorováním, kde svítivost klesá se zvyšující se vzdáleností od centra galaxie. Právě tento rozpor nás vede k myšlence zavedení temné hmoty, která by vysvětlovala gravitačním působením tuto charakteristiku rotační rychlosti.<ref>[http://www.ian.cz/detart_fr.php?id=1699 Po stopách temné hmoty]</ref><ref>[http://www.aldebaran.cz/bulletin/2003_29_thv.html Milan Červenka: Temná hmota ve vesmíru]</ref>

Fritz Zwicky postupoval obdobně jako u výše zmíněného experimentu, kdy změřil rotační rychlosti jednotlivých galaxií v kupě galaxií. Z této znalosti a předpokládané celkové hmotnosti, aby byla kupa stabilní, odhadnulodhadl hmotnost této kupy. Když tuto hmotnost porovnal s předpokládanou hmotností (tj. hmotností jednotlivých galaxií v této kupě), tak výsledek byl 400x rozdílný. Právě tento nesoulad ho přivedl k myšlence existence nějaké jiné formy hmoty, než jsme schopni pozorovat.

Kandidátů na částice, ze kterých se skládá temná hmota, je mnoho a podle typu těchto částic budeme také dělit způsoby jejich detekce. Např. experimenty, které se snaží nalézt jednoho z kandidátů na temnou hmotu - slabě interagující hmotné částice (WIMP), které každou sekundou procházíprocházejí zemí, tak můžeme jmenovat např. expetimenty [[CDMS]] (Cryogenic Dark Matter Search), [[DRIFT]] (Directional Recoil Identification From Tracks), nebo [[PICASSO]] (Project in Canada to Search for Supersymmetric Objects).

Dalším, v dnešní době hodně diskutovaným, kandidátem na temnou hmotu, jsou [[Axion|axiony]]. Jsou to velmi lehké částice s nulovým spinem i elektrickým nábojem. I na detekci [[Axion|axionů]] je v dnešní době mnoho experimentů a jsou to např. [[OSQAR]], [[PVLAS]], nebo [[CAST]].

Experimenty můžeme rozdělit do dvou kategorií – přímé a nepřímé. Do přímých experimentů zařazujeme experimenty, které hledají rozptyl částic temné hmoty, a nepřímé experimenty studují produkty anihilace WIMP.