Opravdová rána pro teorie temné hmoty?

ESO 017/12 tisková zpráva

Nová studie objevila překvapivý nedostatek temné hmoty v okolí Slunce

Dosud nejpřesnější měření pohybů hvězd v naší Galaxii neprokázalo přítomnost temné hmoty v rozsáhlém prostoru kolem Slunce. Uznávané teorie však předpokládají, že okolí Slunce je naopak temnou hmotou naplněno. Temná hmota je záhadnou nepozorovatelnou substancí, která může být detekována pouze nepřímo prostřednictvím gravitačního působení. Nová studie provedená týmem astronomů v Chile odhalila, že teorie jednoduše nesouhlasí s pozorováním. To by mohlo znamenat, že je nepravděpodobné, aby pokusy o přímou detekci částic temné hmoty na Zemi byly úspěšné.

Členové týmu použili dalekohled MPG/ESO o průměru zrcadla 2,2 m na observatoři La Silla i další teleskopy ke zmapování pohybů více jak 400 hvězd až do vzdálenosti 13 000 světelných let od Slunce. Na základě těchto údajů spočetli hmotnost materiálu v okolí Slunce, v objemu čtyřikrát větším, než jaký byl dosud kdy zkoumán.

„Množství hmoty, které jsme takto odvodili, se velmi dobře shoduje s tím, co v okolí Slunce vidíme – hvězdy, prach a plyn,“ říká vedoucí týmu Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). „Což ale nenechává žádný prostor pro další materiál, který jsme očekávali – temnou hmotu. Naše výpočty však ukazují, že by se v provedených měřeních měla její přítomnost velmi jasně projevit. Ale prostě tam není!"  

Temná hmota je záhadná substance, kterou nelze pozorovat, ale která se projevuje svým gravitačním působením na okolní běžnou hmotu. Původně byla tato dodatečná forma látky navržena, aby pomohla vysvětlit, proč vnější části galaxií (včetně té naší) rotují tak rychle. V současnosti však hraje velmi výraznou úlohu také v teoriích popisujících vznik a vývoj galaxií samotných.

V současnosti panuje názor, že tato temná složka představuje asi 80 % hmoty ve vesmíru [1], a to bez ohledu na fakt, že vzdoruje všem pokusům o odhalení své povahy. Veškeré pokusy o detekci temné hmoty provedené v laboratořích na Zemi byly zatím neúspěšné.
 
Velmi pečlivým měřením pohybů mnoha hvězd, především těch ležících mimo rovinu Galaxie, mohli členové týmu zpětně vystopovat, kolik hmoty se zde nachází [2]. Pohyby jsou totiž důsledkem vzájemného gravitačního přitahování veškeré látky, bez ohledu na to, zda se jedná o hvězdy, nebo temnou hmotu.

Existující modely vývoje a rotace galaxií naznačují, že galaxie obklopuje halo temné hmoty. Teorie sice nemohou přesně předpovědět, jaký tvar toto halo má, ale očekávají výskyt významného množství temné hmoty v okolí Slunce. Vysvětlit nedostatek temné hmoty pozorovaný v této nové studii [3] však může pouze velmi nepravděpodobné rozložení temné hmoty – například halo s velmi protaženým tvarem.

Nové výsledky tedy znamenají, že je nepravděpodobné, aby pokusy o detekci temné hmoty na Zemi (pomocí sledování zřídkavých interakcí s normální hmotou) byly úspěšné.
 
„Přes tento nový výsledek Galaxie jistě rotuje mnohem rychleji, než je možné vysvětlit přítomností běžné hmoty. Takže, pokud temná hmota není tam, kde ji očekáváme, je potřeba nalézt nové řešení, které problém nedostatku hmoty vysvětlí. Naše výsledky jsou v rozporu s modely, které jsou v současnosti široce akceptovány. Záhada temné hmoty se tím dále prohloubila. Budoucí přehlídky, jako například prostřednictvím připravované družice ESA Gaia, budou zásadní pro překonání těchto problémů,“ uzavírá Christian Moni Bidin.

Zdroj

Poznámky

[1] Podle současných teorií je vesmír tvořen z běžné atomární látky (4 %), temné hmoty (23 %) a temné energie (73 %). Temná hmota tedy představuje více než 80 % hmoty vesmíru a na běžnou hmotu zbývá necelých 20 %. Zdá se však, že ve vesmíru je nejvíce zastoupena temná energie, o které se však předpokládá, že neovlivňuje pohyby hvězd uvnitř galaxií.

[2] Pozorování byla provedena pomocí spektrografu FEROS na dalekohledu MPG/ESO o průměru primárního zrcadla 2,2 m; přístrojem Coralie na Švýcarském dalekohledu Leonhard Euler Telescope o průměru 1,2 m; přístrojem MIKE na dalekohledu Magellan II a Echelle spektrografu na dalekohledu Irene du Pont Telescope. První dva dalekohledy se nacházejí v Chile. Celkem bylo v této práci zkoumáno více než 400 červených hvězd s různými výškami nad galaktickým rovníkem ve směru k jižnímu galaktickému pólu.

[3] Teorie předpovídají, že průměrné množství temné hmoty v části Galaxie, kde se nachází Slunce, se pohybuje v rozmezí 0,4-1,0 kg v objemu zhruba odpovídajícím velikosti Země. Nová měření ukazují, že skutečné množství v tomto objemu je mnohem nižší 0,00±0,07 kg.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood” autorů Moni-Bidin a kol., který vyšel v odborném časopise The Astrophysical Journal.

Složení týmu: C. Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile), G. Carraro (European Southern Observatory, Santiago, Chile), R. A. Méndez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile) and R. Smith (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile).

V roce 2012 slavíme 50. výročí založení ESO. ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 15 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních astronomických zařízení, která umožní významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli při propagaci a organizaci mezinárodní spolupráce na poli astronomického výzkumu. ESO v současnosti provozuje tři observatoře světově úrovně: La Silla, Paranal a Chajnantor, které se nacházejí na poušti Atacama v Chile. Na Paranalu se nachází VLT (Very Large Telescope = Velmi velký dalekohled) – nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle a VISTA, největší přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast na světě. Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA budovaného na planině Chajnantor. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 40 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• odborný článek: ApJ preprint
• snímky dalekohledu MPG/ESO
• snímky dalekohledu Leonhard Euler Telescope

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Christian Moni Bidin; Universidad de Concepción; Concepción, Chile; Tel: +56 9 9210 3235; Email: cmbidin@astro-udec.cl

Giovanni Carraro; ESO; Santiago, Chile; Email: gcarraro@eso.org

René A. Méndez; Department of Astronomy, University of Chile; Santiago, Chile; Email: rmendez@u.uchile.cl

Rory Smith; Universidad de Concepción; Concepción, Chile; Email: rsmith@astro-udec.cl

Richard Hook; ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel: +49 89 3200 6655; Cell: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1217. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.