Teleskopy pátrají po temné hmotě: Astronomové hledají její „otisky prstů“ v hlubinách vesmíru

Temná hmota tvoří podstatnou část galaxií, jako je Mléčná dráha, avšak vědci stále zjišťují, co přesně je. Na rozdíl od běžné hmoty, která tvoří atomy, hvězdy, planety a vše, co vidíme, je temná hmota pravděpodobně složena ze zcela nových, dosud neobjevených částic.

Temná hmota tvoří podstatnou část galaxií, jako je Mléčná dráha, avšak vědci stále zjišťují, co přesně je. Na rozdíl od běžné hmoty, která tvoří atomy, hvězdy, planety a vše, co vidíme, je temná hmota pravděpodobně složena ze zcela nových, dosud neobjevených částic. Pochopení těchto částic by vyplnilo zásadní mezeru ve vědeckém poznání fyziky.

Význam temné hmoty sahá daleko za hranice částicové fyziky. Krátce po Velkém třesku, který odstartoval zrod vesmíru, působila jako gravitační lešení, jež pomohlo běžné hmotě shlukovat se a tvořit první galaxie a hvězdy. I dnes funguje jako neviditelné lepidlo, které drží galaxie pohromadě. Bez temné hmoty by vesmír, jak ho známe, pravděpodobně neexistoval.

Protože temná hmota nevyzařuje světlo, musí ji vědci hledat nepřímo. Jedním slibným přístupem je hledání signálů, které by mohla produkovat, když se její částice srazí a vzájemně se zničí procesem známým jako anihilace. Tento jev má analogii v lékařském zobrazování, například u PET skenerů, které detekují záření vznikající při anihilaci pozitronů (antičástic) s elektrony (běžnou hmotou), což umožňuje mapovat rakovinné tkáně. Vědci doufají, že podobný proces by mohl nastat i u temné hmoty, kdy by anihilace jejích částic mohla produkovat vysokoenergetické gama záření. Toto záření by pak sloužilo jako „otisky prstů“, odhalující koncentraci a vlastnosti temné hmoty. Astrofyzici, kteří studují gama záření, využívají k tomuto hledání vesmírné teleskopy.

Jedním z nejvýkonnějších nástrojů pro toto pátrání je teleskop Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT agentury NASA), který pozoruje gama záření oblohy od roku 2008. Gama záření je nejenergetičtější forma světla a je produkováno některými z nejextrémnějších jevů ve vesmíru. Již léta detekuje Fermi nevysvětlitelnou záři gama záření přicházející z centra Mléčné dráhy. Na základě gravitačních pozorování a kosmologických simulací se očekává, že tato oblast je extrémně bohatá na temnou hmotu, což z ní činí zajímavé místo pro hledání anihilačních signálů. Tato záře by mohla být důkazem temné hmoty, avšak centrum galaxie je také plné konvenčních astrofyzikálních zdrojů gama záření, jako jsou rychle rotující neutronové hvězdy, které mohou napodobovat očekávaný signál.

Pro vyřešení této záhady vědci studují i mnohem menší systémy, známé jako trpasličí galaxie, které obíhají Mléčnou dráhu. Tyto galaxie obsahují temnou hmotu, ale relativně málo jiných zdrojů gama záření, což z nich činí čistší prostředí pro hledání signálů souvisejících s temnou hmotou. Zatím nebylo učiněno žádné definitivní odhalení. Nicméně analýza publikovaná v březnu 2024 týmem z Clemson University naznačila signál vycházející z těchto trpasličích galaxií a novější výsledky tato zjištění podporují. S využitím nejnovějších dat z Fermi-LAT, aktualizovaného soupisu trpasličích galaxií a vylepšených odhadů jejich obsahu temné hmoty, byl odhalen přebytek gama záření, na který již dříve poukazovaly starší studie. Čím více dat se shromáždilo, tím významnější se tento přebytek jeví. Důkazy zatím nejsou dostatečně silné na to, aby bylo možné prohlásit detekci temné hmoty, ale jsou velmi zajímavé. Vlastnosti tohoto signálu jsou také konzistentní s tím, co vědci pozorují v centru Mléčné dráhy. Pokud by oba signály měly stejný původ, argument pro existenci temné hmoty by se posílil.