Nevíme, co je temná hmota. Víme, co to není, a to je problém. Hmota je tvořena elementárními částicemi, od kvarků a elektronů, které tvoří atomy a molekuly, až po prvotní neutrina rozšířená po celém vesmíru. Ale žádná ze známých elementárních částic nemůže obsahovat temnou hmotu, tak co to je?
Periodická tabulka elementárních částic. Kredit: Public Domain, prostřednictvím Wikipedie
Bylo navrženo několik nápadů, od slabě interagujících masivních částic (WIMP), přes hypotetické částice známé jako axiony až po malé černé díry. Ale zatím důkazy tyto myšlenky skutečně nepodporují. Astronomové se tedy podívali na další teoretickou částici známou jako sterilní neutrina.
Neutrina jsou formou temné hmoty, protože mají hmotnost a slabě interagují se světlem. Ale neutrina mají tak malou hmotnost a vysokou energii, že se pohybují vesmírem téměř rychlostí světla. Z tohoto důvodu jsou známé jako horká temná hmota. Z pozorování to víme temná hmota je většinou studená, což znamená, že částice temné hmoty se musí pohybovat relativně pomalu. Takže zatímco neutrina tvoří malou část temné hmoty, většina z ní musí být něco jiného.
Helicita neutrin a antineutrin. Kredit: Universe Review
Jsou známy tři typy resp chuť neutrin, a mají některé poněkud zvláštní vlastnosti. Jednou z těchto podivných vlastností je jejich helicita. Elementární částice mají rotaci, a když se pohybují, rotace je buď orientována podél jejich směru pohybu (pravotočivá helicita) nebo opačně k jejich pohybu (levotočivá helicita). Většina částic může mít buď helicitu v závislosti na interakci, ale helicita neutrin je vždy levotočivá. Nejsme si úplně jisti proč, ale víme, že kdyby existovala pravotočivá neutrina, neinteragovala by s běžnou hmotou prostřednictvím elektroslabé síly. S hmotou by interagovaly pouze gravitačně, proto jsou známé jako sterilní neutrina.
Pokud existují sterilní neutrina a jsou to jen běžná neutrina s pravotočivou helicitou, pak by to byla horká temná hmota a ne studená temná hmota, kterou hledáme. Existují však některé teorie, kde jsou sterilní neutrina mnohem masivnější než běžná neutrina. Tato těžká sterilní neutrina by mohla obsahovat temnou hmotu. Tedy pokud existují.
Pokud jsou tam těžká sterilní neutrina, mohla by být objevena jejich radioaktivním rozpadem. Těžké částice se mohou v průběhu času rozpadnout na lehčí částice, takže je možné, že se sterilní neutrina mohou rozpadnout na své lehčí protějšky a přitom emitovat rentgenové fotony. Ve snaze objevit tyto rentgenové emise tým pročesával data z observatoře Chandra X-Ray Observatory. Nenašli žádný důkaz sterilních neutrin. Jejich výsledky nebyly dostatečně silné, aby zcela vyloučily myšlenku, ale trochu zužují teoretické kandidáty. Konkrétně studie klade pevný limit na to, jak se mohou sterilní neutrina rozpadnout, pokud existují.
Stále nevíme, co je temná hmota. Studie jako tato se mohou zdát zklamáním, ale hrají důležitou roli. Zužováním našich možností nás nutí soustředit se na životaschopnější kandidáty temné hmoty. Naučili jsme se něco víc, ale zatím jsme stále ve tmě.
Odkaz:Sicilský, Dominic a kol. “ Zkoumání halo temné hmoty Mléčné dráhy pro linii 3,5 keV .'The Astrophysical Journal905,2 (2020): 146.
