Astrofyzici z University of British Columbia sa v novej preprintovej štúdii na arXive zamerali na netradičný spôsob hľadania temnej hmoty. Ich pozornosť sa sústredila na biele trpaslíky – extrémne husté zvyšky hviezd – a na hypotetické častice nazývané axióny, ktoré patria medzi vážnych kandidátov na temnú hmotu. Štúdia síce nepriniesla dôkaz ich existencie, ale pomohla spresniť limity, v ktorých by sa axióny mohli správať.
Axióny vznikli ako teoretické riešenie problému v kvantovej fyzike už v 70. rokoch, no časom sa ukázalo, že ich vlastnosti by mohli zodpovedať aj temnej hmote, ktorá má podľa súčasných odhadov tvoriť približne 85 % hmoty vesmíru. Problémom zostáva, že temná hmota – rovnako ako axióny – prakticky neinteraguje s bežnou látkou, a preto sa ju zatiaľ nepodarilo priamo pozorovať.
Kľúčom k novej analýze sa stali biele trpaslíky. Tie by sa podľa klasickej fyziky mali zrútiť pod vlastnou gravitáciou, no drží ich tzv. degenerovaný tlak elektrónov, vyplývajúci z kvantových zákonov. Práve rýchly pohyb elektrónov v týchto hviezdach viedol niektorých fyzikov k hypotéze, že by pri ňom mohli vznikať axióny. Ak by axióny zo hviezdy unikali, odvádzali by energiu a spôsobili rýchlejšie chladnutie bieleho trpaslíka.
Vedci preto využili archívne pozorovania z Hubble Space Telescope a sériu simulácií, aby porovnali vývoj bielych trpaslíkov s axiónovým chladením aj bez neho. Výsledky následne konfrontovali s dátami z guľovej hviezdokopy 47 Tucanae, ktorá obsahuje veľké množstvo týchto objektov.
Porovnanie však neodhalilo žiadne presvedčivé známky toho, že by biele trpaslíky chladli rýchlejšie v dôsledku úniku axiónov. Model s axiónovým chladením sa s reálnymi dátami nezhodoval. Napriek tomu autori štúdie považujú výsledok za dôležitý, keďže umožnil stanoviť nové obmedzenie: pravdepodobnosť, že elektrón vytvorí axión, vychádza približne na jednu z bilióna.
Ako upozornil astrofyzik Paul Sutter, ktorý sa na výskume nepodieľal, výsledok axióny úplne nevylučuje, ale naznačuje, že ich priame interakcie s elektrónmi sú veľmi slabé alebo nepravdepodobné. Pre fyzikov hľadajúcich temnú hmotu to znamená, že budú musieť prísť s ešte rafinovanejšími metódami. Aj negatívny výsledok tak v tomto prípade posúva hranice poznania a zužuje priestor, v ktorom sa môže riešenie jednej z najväčších záhad modernej fyziky skrývať.
University of British Columbia temná hmota biele trpaslíky axióny Hubble Space Telescope 47 Tucanae Paul Sutter kvantová fyzika
Komentáre