Horký začátek, který nemusel být problém

Výzkumníci z University of Minnesota Twin Cities a Université Paris-Saclay přicházejí s výsledky, které narušují jeden ze základních stavebních kamenů současné kosmologie. Po desetiletí panovala mezi fyziky shoda, že temná hmota musela být od samého počátku studená, tedy pomalu se pohybující. Právě tato vlastnost měla umožnit, aby se v raném vesmíru postupně formovaly galaxie, kupy galaxií a rozsáhlá kosmická vlákna.

Nová studie však ukazuje, že tento předpoklad nemusí být jediný možný. Podle autorů mohla temná hmota vzniknout ve velmi rané fázi vývoje vesmíru v extrémně energetickém stavu. Klíčovým okamžikem je období krátce po kosmické inflaci, kdy vesmír prošel takzvaným reheatingem, tedy znovuzahřátím a zaplněním částicemi a energií. Právě tehdy se mohly zrodit částice temné hmoty, které se zpočátku pohybovaly téměř rychlostí světla.

Na první pohled by takový scénář vypadal jako problém. Rychle se pohybující částice by měly tendenci vyhlazovat drobné nerovnosti v hustotě látky, z nichž se později rodí galaxie. Autoři studie ale upozorňují, že rozhodující není jen počáteční stav, ale také načasování. Pokud temná hmota vznikla dostatečně brzy, expanze vesmíru měla dost času tyto částice postupně zpomalit ještě předtím, než začalo skutečné formování kosmických struktur.

Zdroj: Shutterstock

Proč se kosmologie tak dlouho držela chladu

Představa studené temné hmoty nevznikla náhodou. Velkou roli v ní sehrály zkušenosti s neutriny, která byla kdysi považována za možného kandidáta. Ukázalo se ale, že jejich vysoké rychlosti by bránily vzniku galaxií. Místo aby pomáhala stavět struktury, působila by spíš jako kosmická žehlička, která nerovnosti vyhladí.

Tento neúspěch vedl k široce přijímanému závěru, že temná hmota musí být od narození chladná a pomalá. Nová práce však naznačuje, že šlo o příliš zjednodušený pohled. Horký původ sám o sobě nemusí znamenat katastrofu, pokud fyzikální procesy v raném vesmíru zajistí dostatečné zpomalení částic včas.

Pokud se tento model potvrdí, má zásadní dopad na pátrání po podstatě temné hmoty. Otevírá se širší spektrum možných částic a mechanismů jejich vzniku. To může ovlivnit nejen teoretické modely, ale i návrh experimentů v urychlovačích částic nebo interpretaci kosmologických pozorování.