Mohou opravdu červení trpaslíci zrušit potřebu temné hmoty?
Vladimír Wagner
Nedávno vyšla
v Britských listech zprávička o pozorováních, která indikují větší počet
červených trpaslíků v blízkých eliptických galaxiích. To jsou hvězdy
s malou hmotností a svítivostí, které se velice špatně pozorují. Příspěvek
je úpravou zprávy ze serveru Physorg.com. Při úpravě české verze článku však
došlo k významnému posuvu anglického textu. Český upravovatel píše:
„Zjištění značně také omezuje potřebu
postulovat existenci významného množství hypotetické "temné hmoty",
jež v kombinaci s problematickou rehabilitací Einsteinovy kosmologické
konstanty dosud figuruje ve standardních teoretických modelech vesmíru“.
a dále:
„Největšími galaxiemi ve vesmíru jsou právě eliptické galaxie; zatímco
Mléčná dráha podle dosavadních zjištění obsahuje asi 400 miliard hvězd,
největší z eliptických galaxií jich podle dosavadních představ měly obsahovat
více než bilion Nový výzkum však
ukazuje, že ve skutečnosti to může být zhruba 5-10 bilionů hvězd. Potřeba
předpokládat existenci hypotetické nepozorovatelné temné hmoty je tím významně
oslabena.“
To se zdá indikovat, že výsledky naznačují, že množství temné hmoty potřebné pro popis
našeho vesmíru by mělo být nevýznamné a snad i třeba žádné. Tedy, že jde o
jisté popření současného standardní kosmologického modelu. V originálním
textu anglicky psaného populárního článku je však napsáno trochu něco jiného:
„Galaxie mohou
obsahovat méně temné hmoty – tajemné substance, která má hmotnost ale nemůže
být přímo pozorována - než naznačovaly předchozí měření její hmotností.
Místo ní může přispívat větší hmotností než se předpokládalo bohatá populace
červených trpaslíků.“
I v populárním článku je psáno, že pozorování vedoucí
k většímu počtu červených trpaslíků se týká pouze jednoho typu galaxií.
Jedná se velmi svítivé eliptické galaxie. Ty jsou sice největší a nejhmotnější,
ale jsou relativně vzácné (například v Místní skupině galaxií není ani
jedna). Odhady počtu červených trpaslíku ve spirálních galaxiích (naší Galaxii)
se nezměnily. Jde také o nárůst počtu těch nejméně hmotných hvězd, takže nárůst
celkové hmotnosti hvězd v eliptické galaxii je daleko menší. Značnou část hmotnosti normální hmoty
v galaxiích také tvoři plyn a prach.
Pokud má čtenář jenom trochu
přehled o tématice, tak navíc ví, že většina normální hmoty je rozprostřena
v mezigalaktickém prostoru v kupách galaxií a to v podobě plynu.
Stejně tak je v mezigalaktickém prostoru i většina temné hmoty. Případné
snížení podílu temné hmoty v jednom z typů galaxií tak nemůže příliš
ovlivnit odhad podílu různých komponent hmoty ve vesmíru, tedy zhruba 4 % normální hmoty (převážně v podobě
plynu), 22 % temné hmoty a 74 % temné energie.
Ovšem i v anglické verzi
populárního článku jsou dopady objevu značně nadnesené a zkreslené. To zjistíme
pohledem do originální práce, která vyšla v časopise Nature. Pokud nemáte
volný přístup k Nature, lze článek nalézt v databázi arXiv (članek arxiv:1009.5992v1). Zde se již
autoři omezují na to, že v závěru říkají:
„The bottom-heavy IMF advocated here
may also require a relatively low fraction of dark matter within the central
regions of nearby massive galaxies.“
Autoři tak v závěru své práce říkají
pouze, že v centrálních oblastech blízkých masivních galaxií (mají na
mysli čtyři velké eliptické galaxie, které zkoumali) jejich výsledky vedoucí
k rychlejšímu zvyšování počtu hvězd s poklesem hmotnosti (jejich
průběh zmíněné IMF – Initial Mass Function) a tedy k velkému počtu červených
trpaslíků vyžadují relativně nízký podíl temné hmoty. Ovšem v kontextu
s tím, že největší podíl temné hmoty se předpokládá ve vnějších oblastech
galaxií a ty reprezentují největší část objemu i hmotnosti galaxie, je i
řečeno, že dané výsledky nemohou ovlivnit velký význam temné hmoty ani
v tomto typu galaxii a už vůbec ne v celém vesmíru.
Navíc je
třeba poznamenat, že projevy temné hmoty jsou patrné i ve fluktuacích
reliktního záření a evoluci galaxií. Jsou také vesmírné procesy, které ukazují,
že projevy přičítané temné hmotě nemohou být nahrazeny změnou popisu
gravitačního síly na velkých vzdálenostech. Musela by klesat pomaleji než
s kvadrátem vzdálenosti. Taková
možnost byla také uvažována a probíhaly pokusy o modifikaci Newtonovy
gravitační teorie nebo Einsteinovy obecné teorie relativity. Potvrzením, že
takto nelze temnou hmotu vyřadit ze hry například pozorování srážky kup
galaxií.
Jak už
jsem poznamenal, většina normální hmoty je v podobě plynu rozprostřeného
v celé kupě. Jeho hustota je velmi malá, daleko menší než je hustota plynu
v samotných galaxiích. Ovšem objem je tak velký, že celková jeho hmotnost
je několikanásobkem celkové hmotnosti samotných galaxií kupy. Při srážce dvou
kup galaxií dochází ke tření (elektromagnetické interakci) mezi plynem
srážející se dvojice kup. Plyn je tak zbrzděn a opožďuje se za pohybem galaxií
(ty jsou kompaktní a tření v plynu druhé kupy na ně působí minimálně) a temné hmoty (ta elektromagneticky
neinteraguje a plyn druhé kupy ji neovlivní vůbec). Dospěje se tak
k roztřídění jednotlivých komponent kupy galaxie. Vpředu se pohybují
galaxie a temná hmota a teprve za nimi a po dostatečné době dost daleko plyn.
Pak stačí zjistit, která z komponent má největší gravitační vliv. Třeba
pozorováním gravitačního zakřivování světla vzdálených objektů, které leží až
za zkoumanými kupami galaxií. Protože plyn mezi galaxiemi má daleko větší
hmotnost než galaxie, byl by v případě neexistence temné hmoty (platnosti
modifikovaného gravitačního zákona) maximální gravitační vliv v místě
oblaku plynu. Pokud temná hmota existuje, musí být maximální gravitační vliv
v místě galaxií, které se pohybují v daném případě stejným způsobem
jako temná hmota. Podrobněji je toto pozorování, poprvé učiněné před čtyřmi
lety, populární ale detailnější formou popsáno v článku
pro časopis Vesmír. Velmi pěkný a podrobný populární článek o temné hmotě,
asi nejlepší, který jsem v češtině četl, je od Pavla Brože zde.
Jak je
vidět, je popsaný objev získaný při zkoumání velkých eliptických galaxií velmi zajímavý.
Ukazuje, že závislost počtu hvězd na jejich hmotnosti může být v různých
typech galaxií i velmi různá. Zdá se, že počet hvězd ve vesmíru byl podceněna.
Je třeba však poznamenat, že je to počet málo hmotných hvězd. Velmi zajímavé to
může být v případě, že se ukáže
možnost při správné vzdálenosti planety od červeného trpaslíka získat na této
planetě podmínky pro život. To by mohlo vést ke zvýšení pravděpodobnosti
existence mimozemského života. Ovšem to jsou zatím úvahy velmi spekulativní.
Právě naopak je jasné, že dané pozorování neohrožuje standardní kosmologický
model a nutnost předpokladu existence temné hmoty. Podrobnější informace o
kosmologických modelech a hypotézách je zde.
Pokud jsou za temnou hmotou zatím hypotetické elementární částice, tak by
jejich existenci mohl v dohledné době prokázat urychlovač LHC. Jeho
nejnovější výsledky, získané za první rok činnosti, jsou shrnuty zde a zde.
V Řeži 6. prosince 2010
