Něco nám chybí. A hodně.
Kosmologové o tom vědí už dlouho. Matematické výpočty říkají, že by mělo být více obyčejné hmoty. Ten samý, který tvoří hvězdy, planety a vás s námi. Ale když se podíváme na galaxie, čísla se nesčítají. Vidíme jen asi desetinu toho, co předpovídá model velkého třesku.
Po celá desetiletí se věřilo, že vše je jednoduché: zbytek záležitosti byl skrytý. Pravděpodobně se vznáší v prázdných dutinách mezi galaxiemi. Řídké. Neviditelný. Téměř nezjistitelné.
Ještě ne.
Nová studie otřásá myšlenkou umístění chybějící galaktické hmoty. Vědci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) a spolupráce CHIME/FRB to konečně našli. Ukázalo se, že cesta této záležitosti byla velmi násilná.
Jak rychle rádiové pulsy zobrazují neviditelnou hmotu
Problém nebyl v nejlepších dalekohledech. Byla v “hluku”.
Vědci použili rychlé rádiové pulsy (FRB). Tyto jevy byly objeveny v roce 2007. Jedná se o milisekundové záblesky rádiových vln. Neuvěřitelně světlé. Pocházejí ze vzdálenosti miliard světelných let. Cestou k Zemi procházejí mezigalaktickým plynem. Hmota „rozmazává“ signál a prodlužuje jej v průběhu času.
Představte si to jako kosmické rentgenové záření.
„Začínají jako velmi rychlý záblesk,“ vysvětluje Haocheng Wang, postgraduální student na Kavli Institute na MIT. “Jak procházejí hmotou, rozmazávají se.” Tento stupeň rozostření měříme s vysokou přesností.“
Míra rozmazání je přímo úměrná množství látky v cestě signálu. Čím silnější je rozostření, tím větší je hmotnost.
Aby přesně určil, kde se tato záležitost nachází, spojil tým data ze dvou masivních zdrojů: Kanadský experiment mapování intenzity vodíku (CHIME) a spektroskopický přístroj pro temnou energii (DESI). Propojili tisíce signálů FRB s miliony souřadnic galaxií.
Byl signál uvnitř galaxií rozmazaný? Nebo mezi nimi?
Odpověď vše změnila.
Proč jsou černé díry násilnější, než jsme si mysleli
Chybějící hmota je skutečně mezi galaxiemi. Ale ne tam, kde jsme čekali.
Simulace předpovídaly, že plyn bude relativně blízko – několik set tisíc světelných let od galaktického středu. Možná až milion světelných let.
Nová data ukazují, že mračna plynu dosahují až 4 milionů světelných let.
Je to daleko. Velmi daleko.
Pokud do míče jemně kopnete, bude se kutálet. Vyslání na oběžnou dráhu vyžaduje značnou sílu. Tato záležitost nebyla jednoduše odsunuta. Byla hozena.
Kiyoshi Masui, profesor fyziky na MIT, to řekl na rovinu: aktivita hvězd a výtrysky černých děr jsou „mnohem násilnější, než se očekávalo“.
Důsledky tohoto objevu jsou zřejmé.
- Trysky černé díry zasáhly tvrději.
- Výbuchy supernov rozptylují hmotu dále.
- Galaxie ztrácejí hmotu do vesmíru rychlostí, která je v rozporu se současnými simulacemi.
Vesmír je energetičtější, než dovolují naše modely.
Která metoda konečně vyřeší záhadu obyčejné hmoty
Nejde jen o hledání chybějících kusů. Je to o metodě.
Použití FRB jako sond pro chybějící galaktickou hmotu bylo průlomem. Předtím byl plyn příliš řídký, než aby si ho všiml. Efekt rozostření nyní poskytuje jasné měřící kritérium.
Výsledky publikované v časopise Physical Review Letters potvrzují dvě skutečnosti.
- Obyčejná hmota existuje. Nezmizela. Byla prostě odsunuta.
- Mechanismy, které jej vytěsňují, jsou silnější, než moderní fyzika bere v úvahu.
Devatenáct procent Vesmíru (podle některých odhadů až 17–19 %) by měla být obyčejná hmota. V rámci hranic galaxií jsme vzali v úvahu pouze část tohoto objemu. Zbytek je tam, v hluboké tmě. Smeteni silami, které teprve začínáme měřit.
CHIME nadále shromažďuje data. Objevují se nové FRB. Mapa je stále přehlednější.
Otázkou však zůstává: Pokud galaxie ztrácejí tolik energie a hmoty, co to udělá se strukturou kosmické sítě?
Možná budeme muset přepsat pravidla galaktického vývoje. Ještě jednou.
