Otevřít hlavní menu

V kosmologii a fyzice je studená temná hmota (CDM) hypotetická forma temné hmoty, jejíž částice se pohybují pomalu ve srovnání s rychlostí světla (studená v CDM) od doby, kdy byl vesmír přibližně jeden rok starý (v době, kdy kosmický horizont částic obsahoval hmotnost jedné typické galaxie) a interagují velmi slabě s obyčejnou hmotou a elektromagnetickým zářením (tmavá v CDM). Předpokládá se, že přibližně 84.54% hmoty ve vesmíru je temná hmota, s jen malým zlomkem běžné baryonické hmoty, která tvoří hvězdy, planety a živé organismy.

Obsah

HistorieEditovat

Teorie byla původně publikována v roce 1982 třemi nezávislými skupinami kosmologů, Jamesem Peeblesem, [1] J. Richardem Bondem, Alexem Szalayem a Michaelem Turnerem,[2] a Georgem Blumenthalem, H. Pagelsem a Joelem Primackem.[3] Vlivná recenze článku v roce 1984 napsaná Blumenthalem, Sandrou Moore Faberovou, Primackem a Martinem Reesem rozvinula podrobnosti teorie.[4]

Tvorba strukturEditovat

V teorii studené temné hmoty rostou struktury hierarchicky, s malými předměty hroutícími se pod svou vlastní gravitací a slučující se v nepřetržité hierarchii za tvorby větších a hmotnějších objektů. V pradigmatu horké temné hmoty, populární na začátku 80 let, se strukturu netvoří hierarchicky (bottom-up), ale spíše formy, které vedou k roztříštěnosti (top-down), s největšími nadkupami tvořícími první ploché lívancům podobné listy, které se následně rozdělily do menších kusů, jako je naše galaxie Mléčná dráha. Předpovědi paradigmatu studené temné hmoty jsou v obecné shodě s astronomickými pozorováními.

Lambda-CDM modelEditovat

Od pozdních 80. let většina kosmologů argumentuje ve prospěch studené teorie temné hmoty (konkrétně moderního Lambda-CDM modelu) jako popisu toho, jak probíhala historie vesmíru od hladkého počátečního stavu na počátku (jak ukazuje reliktního záření) k hrudkovitému rozdělení galaxií a jejich shluků, které vidíme dnes, velkorozměrových struktur vesmíru. Teorie vidí roli trpasličích galaxií jako zásadní, protože je myšlenka, že jsou tyto galaxie přírodní stavební bloky, které tvoří větší struktury, vytvořené malými rozsahu fluktuací hustoty v raném Vesmíru.[5]

SloženíEditovat

Temná hmota je odhalována přes její gravitační interakce s běžnou hmotou a zářením. Jako takové je tedy velmi obtížné určit co jsou složky studené temné hmoty. Kandidáti spadají zhruba do tří kategorií:

  • WIMPy: Temná hmota je tvořena Slabě interagujícími hmotnými částicemi. V současné době není známa žádná částice s požadovanými vlastnostmi, ale mnoho rozšíření standardního modelu částicové fyziky předpovídá tyto částice. Hledání WIMPů zahrnuje pokusy o přímou detekci vysoce citlivými detektory, stejně jako pokusy o výrobu pomocí urychlovačů částic. WIMPy jsou obecně považovány za nejvíce slibné kandidáty temné hmoty. Vědci z experimentu DAMA/NaI a jeho nástupci DAMA/LIBRA tvrdili, že přímo detekovali částice temné hmoty procházející přes Zemi, ale mnozí vědci zůstávají skeptičtí, jelikož se zdá, že nejsou žádné další výsledky podobných experimentů, kompatibilní s výsledky z experimentu DAMA.

VýzvyEditovat

Je známo několik rozdílů mezi předpověďmi paradigmatu částicové studené temné hmoty a pozorováním galaxií a jejich seskupení:

  • Cuspy halo problém: hustotní rozdělení halo temné hmoty v simulacích studené temné hmoty jsou mnohem větší než to, co je pozorované v galaxiích zkoumáním jejich rotačních křivek.[14]
  • Problém trpasličích galaxií: Simulace studené temné hmoty předpovídají mnohem větší množství malých trpasličích galaxií, než je pozorováno kolem galaxií, jako Mléčná dráha.[15]
  • Problém disků satelitů: trpasličí galaxií kolem Mléčné dráhy a galaxie v Andromedě jsou pozorovány jak obíhající v tenké planární struktuře. Simulace ale předpovídají, že by měly být distribuovány náhodně kolem jejich mateřských galaxií.[16]

Některé z těchto problémů mají navžená řešení, ale zůstává nejasné, zda mohou být řešeny, aniž by bylo nutné opustit CDM paradigma.[17]

ReferenceEditovat

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Cold dark matter na anglické Wikipedii.

  1. PEEBLES, P. J. E. Large-scale background temperature and mass fluctuations due to scale-invariant primeval perturbations. The Astrophysical Journal. December 1982, s. L1. DOI:10.1086/183911. Bibcode:1982ApJ...263L...1P. (anglicky) 
  2. Formation of galaxies in a gravitino-dominated universe. Physical Review Letters. S. 1636–1639. DOI:10.1103/PhysRevLett.48.1636. Bibcode:1982PhRvL..48.1636B. (anglicky) 
  3. BLUMENTHAL, George R.; PAGELS, Heinz; PRIMACK, Joel R. Galaxy formation by dissipationless particles heavier than neutrinos. Nature. 2 September 1982, s. 37–38. DOI:10.1038/299037a0. Bibcode:1982Natur.299...37B. (anglicky) 
  4. BLUMENTHAL, G. R.; FABER, S. M.; PRIMACK, J. R.; REES,, M. J. Formation of galaxies and large-scale structure with cold dark matter. Nature. 1984, s. 517–525. DOI:10.1038/311517a0. Bibcode:1984Natur.311..517B. (anglicky) 
  5. BATTINELLI, P.; S. DEMERS. The C star population of DDO 190: 1. Introduction. Astronomy and Astrophysics. Astronomy & Astrophysics, 2005-10-06, s. 1. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2005-10-06. DOI:10.1051/0004-6361:20052829. Bibcode:2006A&A...447..473B. (anglicky) 
  6. e.g. M. Turner. Axion, first CDM candidate. Axions 2010 Workshop. U. Florida, Gainesville, USA, 2010. (anglicky) 
  7. e.g. Pierre Sikivie. Axion Cosmology. Lect. Notes Phys. 741, 19-50. 2008. (anglicky) 
  8. CARR, B. J. New cosmological constraints on primordial black holes. Physical Review D. May 2010, s. 104019. DOI:10.1103/PhysRevD.81.104019. Bibcode:2010PhRvD..81j4019C. arXiv:0912.5297. (anglicky) 
  9. PETER, A. H. G. Dark Matter: A Brief Review. [s.l.]: [s.n.], 2012. arXiv:1201.3942. (anglicky) 
  10. BERTONE, Gianfranco; HOOPER, Dan; SILK, Joseph. Particle dark matter: evidence, candidates and constraints. Physics Reports. January 2005, s. 279–390. DOI:10.1016/j.physrep.2004.08.031. Bibcode:2005PhR...405..279B. arXiv:hep-ph/0404175. (anglicky) 
  11. GARRETT, Katherine; DŪDA, Gintaras. Dark Matter: A Primer. Advances in Astronomy. S. 968283. DOI:10.1155/2011/968283. Bibcode:2011AdAst2011E...8G. arXiv:1006.2483. (anglicky) 
  12. Gianfranco Bertone, "The moment of truth for WIMP dark matter," Nature 468, 389–393 (18 November 2010)
  13. OLIVE, Keith A. TASI Lectures on Dark Matter. Physics. 2003, s. 21. Dostupné online. (anglicky) 
  14. GENTILE, G.; P., Salucci. The cored distribution of dark matter in spiral galaxies. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2004, s. 903–922. DOI:10.1111/j.1365-2966.2004.07836.x. Bibcode:2004MNRAS.351..903G. arXiv:astro-ph/0403154. (anglicky) 
  15. KLYPIN, Anatoly; KRAVTSOV, Andrey V.; VALENZUELA, Octavio; PRADA, Francisco. Where Are the Missing Galactic Satellites?. ApJ. 1999, s. 82–92. DOI:10.1086/307643. Bibcode:1999ApJ...522...82K. arXiv:astro-ph/9901240. (anglicky) 
  16. Marcel Pawlowski et al., "Co-orbiting satellite galaxy structures are still in conflict with the distribution of primordial dwarf galaxies" MNRAS (2014) http://arxiv.org/abs/1406.1799
  17. KROUPA, P.; FAMAEY, B.; DE BOER, Klaas S.; DABRINGHAUSEN, Joerg; PAWLOWSKI, Marcel; BOILY, Christian; JERJEN, Helmut. Local-Group tests of dark-matter Concordance Cosmology: Towards a new paradigm for structure formation. Astronomy and Astrophysics. 2010, s. 32–54. DOI:10.1051/0004-6361/201014892. Bibcode:2010A&A...523A..32K. arXiv:1006.1647. (anglicky) 

Další literaturaEditovat