Explodující temné hvězdy – odhalení explozivních tajemství temné hmoty

Temná hmota, ovlivňující vesmír prostřednictvím gravitačních interakcí, zůstává nepolapitelná s potenciálními formami, jako jsou WIMPy (Weakly interacting massive particles) a axiony, které mohou vytvářet explodující „temné hvězdy“. Temná hmota je strašidelná látka, kterou astronomové nedokázali detekovat po celá desetiletí, a přesto víme, že má obrovský vliv na normální hmotu ve vesmíru, jako jsou hvězdy a galaxie. Prostřednictvím masivní gravitační síly působí mimo jiné na galaxie a kupy galaxií.

Stejně jako kosmické karnevalové zrcadlo také ohýbá světlo ze vzdálených objektů a vytváří zdeformované nebo vícenásobné obrazy, což je proces, který se nazývá gravitační čočka. A nedávný výzkum naznačuje, že by to mohlo způsobit ještě větší drama než toto, a to tím, že vytvoří hvězdy, které explodují.

Cesta k identifikaci temné hmoty
Přes všechny ty vlivy, kterými si s galaxiemi pohrává, není mnoho známo o tom, zda temná hmota může interagovat sama se sebou jinak než prostřednictvím gravitace. Pokud využívá jiné síly, musí být velmi slabé, jinak by byly změřeny. Možný kandidát na částici temné hmoty, tvořený hypotetickou třídou slabě interagujících hmotných částic (neboli WIMP), byl intenzivně studován, zatím bez pozorovacích důkazů.

V poslední době se středem pozornosti staly jiné typy částic, rovněž slabě interagujících, ale extrémně lehkých. Tyto částice, nazývané axiony, byly poprvé navrženy na konci 70. let 20. století k vyřešení kvantového problému, ale mohou také odpovídat zákonu pro temnou hmotu.

Axiony a kosmický tanec
Na rozdíl od WIMPů, které se nemohou „slepit“ dohromady a vytvořit malé objekty, axiony to mohou udělat. Protože jsou tak lehké, obrovské množství axionů by muselo odpovídat za veškerou temnou hmotu, což znamená, že by musely být natěsnané dohromady. Ale protože jsou typem subatomární částice známé jako boson, nevadí jim to.

Výpočty ve skutečnosti ukazují, že axiony by mohly být natěsnány tak těsně, že se začnou chovat podivně – společně působí jako vlna – podle pravidel kvantové mechaniky, teorie, která řídí mikrosvět atomů a částic. Tento stav se nazývá Bose-Einsteinův kondenzát a může nečekaně umožnit axionům tvořit vlastní „hvězdy“.

To by se stalo, když by se vlna sama pohybovala a vytvořila to, co fyzici nazývají „soliton“, což je lokalizovaná hrudka energie, která se může pohybovat, aniž by byla deformována nebo rozptýlena. To je často vidět na Zemi ve vírech nebo bublinových prstencích, které si delfíni užívají pod vodou. Nová studie poskytuje výpočty, které ukazují, že by se takové solitony nakonec zvětšily a staly by se hvězdou podobnou velikostí nebo i větší než normální hvězda. Nakonec se ale stanou nestabilními a explodují.

Energie uvolněná z jedné takové exploze (nazývané „bosenova“) by konkurovala energii supernovy (explodující normální hvězdy). Vzhledem k tomu, že temná hmota daleko převažuje nad viditelnou hmotou ve vesmíru, jistě by to zanechalo stopy v našem pozorování oblohy. Takové jizvy jsme ještě nenašli, ale nová studie nám dává něco, co můžeme hledat.

Pozorovací vyhlídky a teoretický vývoj
Vědci stojící za studií tvrdí, že okolní plyn, vytvořený z normální hmoty, by absorboval tuto extra energii z exploze a část z ní by emitoval zpět. Protože většina tohoto plynu je tvořena vodíkem, víme, že toto záření by mělo být na rádiových frekvencích. Je vzrušující, že budoucí pozorování pomocí radioteleskopu Square Kilometer Array to možná dokáže zachytit.

Takže zatímco ohňostroje z explozí temných hvězd mohou být našemu pohledu skryty, mohli bychom být schopni najít jejich následky ve viditelné hmotě. Skvělé na tom je, že takový objev by nám pomohl zjistit, z čeho se vlastně temná hmota skládá – v tomto případě nejspíše z axionů.

Co když pozorování nezachytí předpokládaný signál? To pravděpodobně tuto teorii zcela nevyloučí, protože jsou stále možné jiné „axionové“ částice. Selhání detekce však může naznačovat, že hmotnosti těchto částic jsou velmi odlišné, nebo že se nespojí se zářením tak silně, jak jsme si mysleli.

Ve skutečnosti se to stalo již dříve. Původně se předpokládalo, že se axiony spojí tak silně, že budou schopny ochladit plyn uvnitř hvězd. Ale protože modely ochlazování hvězd ukázaly, že hvězdy jsou bez tohoto mechanismu v pořádku, síla vazby axionů musela být nižší, než se původně předpokládalo.
Samozřejmě neexistuje žádná záruka, že temná hmota je tvořena axiony. WIMPy jsou v tomto závodě stále uchazeči a jsou tu i jiné možnosti.

Některé studie mimochodem naznačují, že temná hmota podobná WIMPům může také vytvářet „temné hvězdy“. V tomto případě by hvězdy byly stále normální (složené z vodíku a helia), přičemž by je poháněla pouze temná hmota.

Předpokládá se, že tyto temné hvězdy poháněné WIMPy jsou supermasivní a v raném vesmíru budou žít jen krátkou dobu. Mohly by být ale pozorovány vesmírným dalekohledem Jamese Webba. Nedávná studie uvedla tři takové objevy, i když vědci stále neví, zda je tomu skutečně tak.

Přesto vzrušení z axionů roste a existuje mnoho plánů na jejich odhalení. Očekává se například, že axiony se při průchodu magnetickým polem přemění na fotony, takže pozorování fotonů s určitou energií zaměřují hvězdy s magnetickými poli, jako jsou neutronové hvězdy nebo dokonce Slunce. Na teoretické frontě existují snahy zpřesnit předpovědi toho, jak by vesmír vypadal s různými typy temné hmoty. Například axiony lze odlišit od WIMPů způsobem, jakým ohýbají světlo gravitační čočkou.

S lepšími pozorováními a teorií doufáme, že tajemství temné hmoty bude brzy odhaleno.

Zdroj: https://scitechdaily.com/exploding-dark-stars-unveiling-the-explosive-secrets-of-dark-matter/

autor: František Martinek