Co je skrytá hmota
Pojmem skrytá hmota (někdy též tmavá či temná) astronomové označují hmotu, která sice není viditelná teleskopy, ale jež se projevuje svými gravitačními účinky na okolí. Podle všeho tato neznámá substance tvoří kolem pětadvaceti procent celkové hmoty/energie vesmíru. Pouhých pět procent přitom náleží obyčejné svítivé látce (hvězdám, prachoplynovým mračnům, celým galaxiím apod.). Zbylých sedmdesát procent pak tvoří takzvaná skrytá energie.
|
Více o těchto tématech v článcích: |
První svého druhu
Ačkoliv už existuje povícero map znázorňujících rozložení obyčejné hmoty v kosmu, až nyní astronomové vytvořili mapu zobrazující rozložení skryté hmoty. Na mapě vědci zachytili její vývoj od doby před 3,5 miliardami až 6,5 miliardami let.
Mapa odhalila nespojitý systém vláken, které během času rostly a spojily se v masivní struktury v místech, kde nyní pozorujeme kupy galaxií. Konečně tak byly potvrzeny teorie kosmologů, podle kterých se normální (tzv. baryonová) hmota — převážně ve formě galaxií — shlukuje kolem míst s vyšší koncentrací skryté hmoty.
3D mapa rozložení skryté hmoty ve vesmíru. Zadní část odpovídá rozložení v době před 6,5 miliardami let, kdežto přední část zachycuje rozdělení v době před 3,5 miliard let. NASA, ESA, R. Massey (Caltech)
„Postupem času se skrytá hmota zformovala do ‚trsů‘,“ řekl pro New Scientist jeden z členů výzkumné skupiny, Richard Ellis z Kalifornského technického institutu v Pasadaně. „Když se trsy zvětší, začne do nich proudit obyčejná hmota, která tvoří vás i mně.“ Prouděním obyčejné hmoty vznikají prázdné oblasti v prostoru a hmota se shlukuje společně s hmotou skrytou, přičemž vznikají galaxie a jejich gravitačně vázáné celky zvané kupy galaxií.
Poprvé v historii kosmologie tak mají vědci možnost přímo pozorovat, jak skrytá hmota ovlivňuje vývoj struktur v kosmu. Předchozí studie totiž byly založené výhradně na numerických simulacích vývoje velkoškálových struktur, vývoje, jenž je řízen gravitací skryté hmoty.
Mapování skryté hmoty v prostoru a čase je stěžejním krokem k pochopení toho, jak se během miliard let galaxie a jejich kupy vyvíjely a shlukovaly. Sledování růstu shluků ve skryté hmotě může nakonec také vrhnout světlo na skrytou energii, zjednodušeně řečeno odpudivou formu gravitace, která řídí expanzi vesmíru a shlukování skryté hmoty ovlivňuje.
Obrázek s odkazem na animaci 3D mapy rozložení skryté hmoty. ESA/Hubble (M. Kornmesser & L. L. Christensen)
Nové mapy skryté hmoty a galaxií poskytnou klíčové observační podklady pro budoucí přesnější teorie o formování velkoškálových struktur. Z teoretických studií plyne, že rozložení hmoty ve vesmíru se s časem znatelně změnilo; původní hladké rozložení přešlo v houbovité struktury tvořící dlouhá vlákna.
Výsledky výzkumu se objevily nejprve v internetovém vydání časopisu Nature a byly prezentovány na 209. setkání Americké astronomické společnosti v Seattlu ve Washingtonu. Uvedli je Richard Massey (skrytá hmota) a Nick Scoville (galaxie) z Kalifornského technického institutu (Caltech) v Pasadeně.
"Je příjemné sledovat, jak naše mapa potvrzuje standardní teorie vzniku [velkoškálových] struktur," říká Massey. Sám skrytou hmotu nazývá jakousi kostrou, uvnitř které se po miliardy let shlukovaly hvězdy a celé galaxie.
Vědci mapu vytvořili na základě údajů získaných ze čtyř zařízení. Za úspěchem v prvé řade stojí pozorování Hubbleova vesmírného teleskopu [pozorovací program Cosmic Evolution Survey (COSMOS)] a mezinárodní tým sedmdesáti astronomů vedený doktorem Scovillem. Možná někoho překvapí, že zmíněná trojrozměrná mapa nebyla pořízena po prohlídce celé oblohy, nýbrž jen její části; zkoumaná oblast na obloze zabírá pouhé dva stupně čtverečné, což zhruba odpovídá ploše šestnácti úplňků. Přesto však tato plocha byla dostatečně velká k tomu, aby Hubbleův teleskop nasbíral požadované údaje. Ty ale vědci museli následovně zkombinovat s ostatními potřebnými daty z dalšího vesmírného teleskopu a ze dvou pozemských zařízení; jmenovitě byl použit teleskop Subaru umístěný na vrcholu sopky Mauna Kea na Havaji, teleskop VLT v Paranal v Chile a rentgenový satelit XMM-Newton.
Prvá dvě zařízení měřila spektra světla z galaxií, které studoval Hubbleův teleskop, což pomohlo astronomům zjistit jejich vzdálenosti. Úkolem rentgenového teleskopu XMM-Newton bylo zmapovat plyn uvnitř galaxií a v jejich kupách.
Jak to na to?
Světlo ze vzdálených hvězdných ostrovů se k nám musí prodírat mezilehlou skrytou hmotou, která svou gravitací světlo ovlivňuje a ve výsledku mírně pozměňuje celkový obraz galaxií. K simulaci rozložení mezilehlé hmoty ve směru, kterým se Hubbleův teleskop díval, využili astronomové právě tohoto jevu (zvaného slabý efekt gravitační čočky).
Jelikož světlu ze vzdálenějších galaxií trvá déle, než k nám doputuje, ukazuje nám vesmír v jeho hlubší minulosti. Díky tomu vytvořená trojrozměrná mapa prezentuje vývoj rozložení skryté hmoty v různých dobách, přesněji v dobách před 3,5 miliardami až 6,5 miliardami let. Na základě získaných údajů vědci získali důkaz pro své předchozí teorie, podle kterých plyn obklopující skrytou hmotu nejdříve zkondenzoval do galaxií a galaxie se poté svázaly do kup.
Výsledky dále ukazují, že galaxie, v nichž stále vznikají hvězdy, jsou lokalizovány v pustějších oblastech (v pórech houbovité struktury) a vláknech skryté hmoty.
"Je pozoruhodné, jak prostředí na takto obrovských kosmických měřítkách může ovlivňovat vlastnosti jednotlivých hvězd a galaxií," říká Scoville.
Pár nových otázek
Podle Erica Lindera z Kalifornské univerzity v Berkeley představuje tato studie struktury skryté hmoty důležitý krok kupředu. Jeho samotného zajímají místa na mapě, na kterých jako by byly videtelné odchylky mezi rozložením skryté a obyčejné hmoty.
Na některých místech jsou dle něj patrné shluky skryté hmoty, které neobsahují galaxie. Podle něj by za tím mohla stát dávná exploze supernovy, která z dané oblasti obyčejnou hmotu "odfoukla".
Ovšem existují i takové lokality, na kterých se objevují vysoké koncentrace obyčejné hmoty, aniž by se v nich vyskytovala skrytá hmota. "To už je tvrdší oříšek," říká. "Pro tohle nemám žádné kloudné vysvětlení."
Vedoucí mise Scoville však říká, že je příliš brzy na to se zaobírat těmito otázkami, jelikož není vůbec jisté, zda ony odchylky jsou skutečné. Problém je totiž v tom, že domnělé odchylky leží na samotné hranici rozlišení, se kterým vědci pracovali. Vědecký tým kolem projektu COSMOS stále sbírá nové údaje, která by všemožné spekulace měly rozřešit.
