Otázka pôvodu vesmíru, jeho minulosti a budúcnosti znepokojuje ľudí už od nepamäti. Po mnoho storočí vznikali a vyvracali teórie, ktoré ponúkajú obraz sveta na základe známych údajov. Zásadným šokom pre vedecký svet bola Einsteinova teória relativity. Obrovským spôsobom prispela aj k pochopeniu procesov, ktoré tvoria vesmír. Teória relativity však nemohla tvrdiť, že je konečnou pravdou, ktorá si nevyžaduje žiadne dodatky. Zdokonaľovanie technológií umožnilo astronómom robiť predtým nemysliteľné objavy, ktoré si vyžadovali nový teoretický základ alebo výrazné rozšírenie existujúcich ustanovení. Jedným z takýchto javov je temná hmota. Ale najprv to.
Prípady minulých dní
Aby sme pochopili pojem „temná hmota“, vráťme sa na začiatok minulého storočia. V tom čase dominovala myšlienka vesmíru ako stacionárnej štruktúry. Medzitým všeobecná teória relativity (GR) predpokladala, že skôr či neskôr povedie sila príťažlivosti k „zlepeniu“všetkých vesmírnych objektov do jednej gule, stane sa to taktonazývaný gravitačný kolaps. Medzi vesmírnymi objektmi nie sú žiadne odpudivé sily. Vzájomná príťažlivosť je kompenzovaná odstredivými silami, ktoré vytvárajú neustály pohyb hviezd, planét a iných telies. Týmto spôsobom je udržiavaná rovnováha systému.
Aby sa predišlo teoretickému kolapsu vesmíru, Einstein zaviedol kozmologickú konštantu – hodnotu, ktorá privádza systém do potrebného stacionárneho stavu, no zároveň je v skutočnosti vynájdená bez zjavných dôvodov.
Expanding Universe
Výpočty a objavy Friedmana a Hubblea ukázali, že nie je potrebné porušovať harmonické rovnice všeobecnej teórie relativity pomocou novej konštanty. Je dokázané, a dnes je táto skutočnosť už prakticky nepochybná, že Vesmír sa rozpína, kedysi mal počiatok a o stacionárnosti nemôže byť ani reči. Ďalší rozvoj kozmológie viedol k vzniku teórie veľkého tresku. Hlavným potvrdením nových predpokladov je pozorovaný nárast vzdialenosti medzi galaxiami s časom. Práve meranie rýchlosti vzájomného oddeľovania susedných vesmírnych systémov viedlo k vytvoreniu hypotézy, že existuje temná hmota a temná energia.
Údaje nie sú v súlade s teóriou
Fritz Zwicky v roku 1931 a potom Jan Oort v roku 1932 a v 60. rokoch počítali hmotnosť hmoty galaxií vo vzdialenej hviezdokope a jej pomer k rýchlosti ich vzájomného odstránenia. Vedci z času na čas dospeli k rovnakým záverom: toto množstvo hmoty nestačí na to, aby gravitácia, ktorú vytvára, bola schopná udržaťspolu galaxie pohybujúce sa takou vysokou rýchlosťou. Zwicky a Oort navrhli, že existuje skrytá hmota, temná hmota vesmíru, ktorá neumožňuje vesmírnym objektom rozptyľovať sa rôznymi smermi.
Vedecký svet však túto hypotézu uznal až v sedemdesiatych rokoch, po vyhlásení výsledkov práce Vera Rubin.
Vytvorila rotačné krivky, ktoré jasne demonštrujú závislosť rýchlosti pohybu hmoty galaxie od vzdialenosti, ktorá ju oddeľuje od stredu systému. Na rozdiel od teoretických predpokladov sa ukázalo, že rýchlosti hviezd pri ich vzďaľovaní od galaktického stredu neklesajú, ale zvyšujú. Takéto správanie svietidiel možno vysvetliť iba prítomnosťou halo v galaxii, ktorá je vyplnená temnou hmotou. Astronómia tak čelí úplne neprebádanej časti vesmíru.
Vlastnosti a zloženie
Tma, tento druh hmoty sa nazýva preto, že ho nemožno vidieť žiadnymi existujúcimi prostriedkami. Jeho prítomnosť sa pozná podľa nepriameho znaku: temná hmota vytvára gravitačné pole, pričom nevyžaruje úplne elektromagnetické vlny.
Najdôležitejšou úlohou, ktorá pred vedcami vyvstala, bolo získať odpoveď na otázku, z čoho pozostáva táto záležitosť. Astrofyzici sa ho pokúsili „naplniť“obvyklou baryónovou hmotou (baryónová hmota pozostáva z viac či menej prebádaných protónov, neutrónov a elektrónov). Tmavé halo galaxií zahŕňalo kompaktné, slabo vyžarujúce hviezdy tohto typuhnedí trpaslíci a obrovské planéty v hmote blízko Jupitera. Tieto predpoklady však neobstáli pri skúmaní. Baryónová hmota, známa a známa, teda nemôže hrať významnú úlohu v skrytej hmote galaxií.
Fyzika dnes hľadá neznáme komponenty. Praktický výskum vedcov vychádza z teórie supersymetrie mikrokozmu, podľa ktorej pre každú známu časticu existuje supersymetrický pár. To sú tie, ktoré tvoria temnú hmotu. Zatiaľ sa však nepodarilo získať žiadne dôkazy o existencii takýchto častíc, možno je to záležitosť blízkej budúcnosti.
Temná energia
Objavom nového typu hmoty sa prekvapenia, ktoré vesmír pre vedcov pripravil, neskončili. V roku 1998 mali astrofyzici ďalšiu šancu porovnať údaje teórií s faktami. Tento rok sa niesol v znamení výbuchu supernovy v galaxii ďaleko od nás.
Astronómovia k nej zmerali vzdialenosť a boli mimoriadne prekvapení získanými údajmi: hviezda vzplanula oveľa ďalej, ako by mala byť podľa existujúcej teórie. Ukázalo sa, že rýchlosť rozpínania vesmíru sa časom zvyšuje: teraz je oveľa vyššia ako pred 14 miliardami rokov, keď údajne nastal veľký tresk.
Ako viete, na zrýchlenie pohybu telo potrebuje preniesť energiu. Sila, ktorá spôsobuje rýchlejšie rozpínanie vesmíru, sa stala známou ako temná energia. Toto nie je o nič menej tajomná časť vesmíru ako temná hmota. Je známe len to, že je charakteristickýrovnomerné rozloženie v celom vesmíre a jeho dopad možno zaznamenať len na obrovské kozmické vzdialenosti.
A opäť kozmologická konštanta
Temná energia otriasla teóriou veľkého tresku. Časť vedeckého sveta je skeptická k možnosti takejto látky a zrýchleniu expanzie, ktorú spôsobuje. Niektorí astrofyzici sa snažia oživiť zabudnutú Einsteinovu kozmologickú konštantu, ktorá opäť z kategórie veľkého vedeckého omylu môže ísť do množstva pracovných hypotéz. Jeho prítomnosť v rovniciach vytvára antigravitáciu, čo vedie k zrýchleniu expanzie. Niektoré z dôsledkov prítomnosti kozmologickej konštanty však nesúhlasia s pozorovanými údajmi.
Temná hmota a temná energia, ktoré tvoria väčšinu hmoty vo vesmíre, sú dnes pre vedcov záhadou. Na otázku o ich povahe neexistuje jediná odpoveď. Navyše to možno nie je posledné tajomstvo, ktoré nám vesmír ukrýva. Temná hmota a energia sa môžu stať prahom nových objavov, ktoré môžu zmeniť naše chápanie štruktúry vesmíru.
