Co by se stalo bez temné hmoty?
Temná hmota v základním modelu ovlivňuje rozpínání, pohyby i vznik galaxií. Při zkoumání vesmíru bez této složky musíme určit, co ostatního ponecháme stejné, a výsledný scénář porovnat s různými druhy pozorování.
© / kredit: ESO/D. Tornotti et al./Hubble: M. Revalski, P. Francis et al. · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: výřez, zmenšení a kredit.
Proč porovnáváme vesmír s temnou hmotou a bez ní
Jakou úlohu temná hmota ve vesmíru hraje, můžeme zkoumat také porovnáním modelů s ní a bez ní. Sledujeme například, jak se změní vznik galaxií, jejich pohyby nebo rozložení kosmických struktur. Rozdíly mezi výpočty pak porovnáváme s pozorováním a zjišťujeme, které vlastnosti skutečného vesmíru pomáhá temná hmota vysvětlit.
Při takovém porovnání určujeme, které ostatní vlastnosti ponecháme stejné. Můžeme například zachovat obvyklou gravitaci a množství běžné hmoty a odebrat temnou hmotu. Jiný výsledek dá její nahrazení běžnou látkou nebo změna gravitačních pravidel.
Jak temná hmota pomáhá růstu struktur
Před vznikem neutrálních atomů byla běžná látka silně provázána se zářením. Tlak a rozptyl světla ovlivňovaly její shlukování. Temná hmota v běžném modelu téměř není ovlivňována světlem a vytváří gravitační nerovnosti, do nichž se může později soustřeďovat plyn.
Po ochlazení plyn v dostatečně hustých oblastech vytváří hvězdy. Temná hala tak pomáhají vysvětlit, jak mohly galaxie vyrůst z malých počátečních nerovností v dostupném kosmickém čase.
Co by se při odebrání temné hmoty změnilo
Při zachování obvyklé gravitace a množství běžné hmoty by růst struktur měl jiné podmínky a jiný průběh. Výpočty by musely nově vysvětlit počet a vlastnosti galaxií, jejich pohyby a také vzor reliktního záření.
Vznik jednotlivé hvězdy nebo planetární soustavy závisí na místním plynu, jeho chladnutí a předchozím vývoji. Konkrétní počty a časy proto odvozujeme z celého zvoleného scénáře. Důležitou otázkou je současné vysvětlení všech pozorovaných vlastností vesmíru.
Jak porovnáváme počítačové simulace s pozorováním vesmíru
Počítačové simulace sledují gravitaci a pohyb hmoty, u běžné látky také plyn, hvězdnou tvorbu a energetickou zpětnou vazbu. Jejich výsledky se mění s počátečními podmínkami, fyzikálními předpisy i rozlišením výpočtu.
Modely s temnou hmotou dokážou popsat řadu vlastností galaxií a kosmické sítě. Přesnost se posuzuje porovnáním různých pozorovatelných veličin, od pohybů a čočkování po chemické složení. Práce na slabších místech simulací pokračuje.
Proč zkoumáme i jiné možnosti
Z pohybů galaxií a ohýbání světla gravitací zjišťujeme, kolik hmoty je potřeba k vysvětlení naměřených jevů a jak je rozložena. V modelu s temnou hmotou část tohoto působení připisujeme dosud neznámým částicím, které se vědci snaží zachytit. Jiné teorie gravitace zkoumají, zda lze některá z těchto pozorování vysvětlit změnou gravitačních zákonů.
Každý úplný scénář má před sebou stejný úkol: vysvětlit společně galaxie, kupy, gravitační čočky, reliktní záření a jejich vývoj. Soubor těchto testů shrnuje téma o důkazech temné hmoty.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Porovnání modelů vesmíru s temnou hmotou a bez ní pomáhá zjistit, jakou úlohu tato složka hraje při vzniku galaxií a jejich dalším vývoji. Úspěšný model musí společně vysvětlit jejich pohyby, gravitační čočkování i vlastnosti reliktního záření.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)