Prostoročasové defekty oddělují gravitaci od hmoty v alternativě temné hmoty

Zdá se, že ve vesmíru něco chybí a oblíbený model fyziky to nazývá „temná hmota“ – ale navzdory století hledání zůstává neviditelná. Nový článek navrhuje alternativní hypotézu, která ukazuje, jak by gravitace mohla existovat bez hmoty a produkovat mnoho stejných efektů, jaké připisujeme temné hmotě.

Einsteinova teorie obecné relativity je stále naším nejlepším modelem pro popis gravitace. Jak si možná pamatujete z hodin fyziky na střední škole, gravitace je síla, která vzniká z hmot spočívajících na látce časoprostoru. Čím větší hmotnost má objekt, tím hlubší je „potop“ v časoprostoru a tím silnější je gravitační síla.

Od 30. let 20. století však některá podivná astronomická pozorování začala vyvolávat otázky. Zdálo se, že kupy galaxií se pohybují příliš rychle na to, aby zůstaly stabilní na základě viditelné hmoty, což naznačuje, že je přítomno mnohem více hmoty, než jsme mohli vidět. To vedlo k hypotéze, že vesmírem prostupuje obrovské množství neviditelného materiálu – který byl nazván temnou hmotou. Tato myšlenka byla překvapivě silná při pozorováních v posledních desetiletích, podpořená pohyby hvězd v galaxiích a ohýbáním a zvětšováním světla prostřednictvím gravitačních čoček.

Dobrá hypotéza je vždy testovatelná, a tak fyzici vymysleli spoustu experimentů určených k detekci řady věrohodných částic temné hmoty. Ale zatím všechny vyšly prázdné, což vedlo některé vědce k navrhování alternativ, jako je modifikovaná gravitace nebo dokonce „tmavá tekutina“ prostupující vesmír.

Nový článek Dr. Richarda Lieua z University of Alabama v Huntsville (UAH) navrhuje zcela novou myšlenku. Topologické defekty ve vesmíru, které mohly vzniknout během fázového přechodu v raném vesmíru, by mohly mít gravitační vliv na blízké objekty a procházející světlo, ale samy o sobě mají nulovou hmotnost.

„Topologické efekty jsou velmi kompaktní oblasti vesmíru s velmi vysokou hustotou hmoty, obvykle ve formě lineárních struktur známých jako kosmické struny, ačkoli jsou možné i 2D struktury, jako jsou kulové skořápky,“ řekl Lieu. „Skořápky v mém papíru se skládají z tenké vnitřní vrstvy pozitivní hmoty a tenké vnější vrstvy negativní hmoty; Celková hmotnost obou vrstev – což je vše, co lze z hlediska hmotnosti změřit – je přesně nula, ale když hvězda leží na této skořápce, zažije velkou gravitační sílu, která ji táhne směrem ke středu slupky.

To by mohlo vysvětlit, jak se hvězdy mohou pohybovat rychleji, než by „měly“ být schopny podle své viditelné hmoty, a jak se galaxie a kupy drží pohromadě. A pokud tyto slupky tvoří skupiny soustředných prstenců, mohly by také vysvětlit pozorování gravitačních čoček, které zvětšují vzdálené zdroje světla.

„Gravitační ohýbání světla sadou soustředných singulárních skořápek, které tvoří galaxii nebo kupu, je způsobeno tím, že paprsek světla je mírně vychýlen dovnitř – tedy směrem ke středu velkoplošné struktury nebo sady slupek – jak projde jednou skořápkou,“ řekl Lieu. „Souhrnný efekt průchodu mnoha skořápkami je konečná a měřitelná celková výchylka, která napodobuje přítomnost velkého množství temné hmoty v podstatě stejným způsobem jako rychlost hvězdných drah.“

Může to znít trochu příliš pohodlně vymýšlet z ničeho nic nový fenomén, ale není to bez určité zásluhy. Zaprvé, negativní hmota zní jako sci-fi koncept, ale byla modelována již dříve a některé její očekávané vlastnosti – například objekt, který teče dozadu, když na něj zatlačíte – byly dokonce demonstrovány v tekutinách a částicích. Za druhé, gigantické prstencové struktury viděné ve vesmíru, které nelze v současnosti vysvětlit prostřednictvím temné hmoty, by mohly být důkazem těchto topologických defektů.

Je to zajímavý nápad, i když ten, který má ještě pár děr k zacpání. Jednak se tento článek nepokouší vysvětlit, jak se vady tvoří. Je zde také problém, jak by mohly být tyto skořepinové struktury potvrzeny nebo vyloučeny prostřednictvím pozorování. A nakonec Lieu připouští, že nemusí stačit úplně odstranit potřebu temné hmoty, ale může jen snížit její roli.

Přesto je to první model, který naznačuje, že gravitace by mohla existovat bez hmoty, a budoucí práce by mohla prozkoumat, jak by se struktury mohly tvořit a jak by mohly vést galaxie a kupy ke vzniku.

Výzkum byl publikován v časopise Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.

Zdroj: UAH