Korejští vědci testovali Verlindeho teorii emergentní gravitace na datech o temné hmotě

Tým vědců spojených se Sejong University v Jižní Koreji publikoval studii, která testuje předpovědi Verlindeho emergentní gravitace na pozorovaných vlastnostech temné hmoty v galaxiích. Práce vyšla 20. září v časopise Physics of the Dark Universe a zabývá se otázkou, zda centrální plošná hustota temné hmoty odpovídá tomu, co by očekávala alternativní teorie gravitace navržená nizozemským fyzikem Erikem Verlindem, místo standardního modelu založeného na existenci částic temné hmoty.

Verlindeho teorie, kterou postupně rozpracovává od poloviny minulého desetiletí, vychází z myšlenky, že gravitace není fundamentální silou, ale spíše jevem, který se vynořuje z termodynamických vlastností podkladové struktury časoprostoru. Podle tohoto přístupu není třeba předpokládat existenci temné hmoty jako reálné látky složené z dosud neobjevených částic. Namísto toho jevy, které astronomové obvykle připisují gravitačnímu vlivu temné hmoty, například rychlost rotace hvězd na okraji galaxií, vyplývají přímo z modifikovaného chování gravitace na velkých škálách.

Jedním z klíčových testů, které astrofyzika v posledních letech u galaxií zkoumá, je takzvaná centrální plošná hustota temné hmoty – veličina popisující, jak je temná hmota rozložena v jádrech galaxií. Pozorování opakovaně ukazují, že tato hustota je u velmi odlišných typů galaxií pozoruhodně podobná, což je jev, který se v rámci standardního kosmologického modelu vysvětluje jen s obtížemi a bývá označován za jednu z otevřených záhad relace mezi temnou hmotou a viditelnou hmotou galaxií.

Autoři nové studie se zaměřili právě na to, zda Verlindeho teorie dokáže tuto pozorovanou pravidelnost přirozeně vysvětlit. Podle jejich výpočtů emergentní gravitace předpovídá hodnotu centrální plošné hustoty, která je v souladu s tím, co astronomové skutečně měří u pozorovaných galaxií. Pokud se toto zjištění potvrdí i v dalších nezávislých analýzách, znamenalo by to, že Verlindeho model dokáže vysvětlit jev, který standardní model temné hmoty popisuje jen jako empirické pozorování bez hlubšího teoretického zdůvodnění.

Výzkumníci zdůrazňují, že jde o dílčí test jedné konkrétní předpovědi teorie, nikoli o definitivní důkaz její správnosti. Emergentní gravitace se v posledních letech potýká s řadou otevřených otázek, včetně toho, jak přesně popsat chování gravitace v neizolovaných a dynamicky složitých systémech, jako jsou srážející se galaxie nebo kupy galaxií. Přesto výsledky zveřejněné v Physics of the Dark Universe přidávají další argument do probíhající diskuse o tom, zda je temná hmota skutečnou formou látky, nebo zda pozorované anomálie v pohybu galaxií lze vysvětlit úpravou samotných gravitačních zákonů.

Otázka povahy temné hmoty patří k nejvýznamnějším nevyřešeným problémům moderní kosmologie. Přestože nepřímé důkazy o jejím gravitačním vlivu jsou rozsáhlé a pocházejí z různých nezávislých pozorování, od rotačních křivek galaxií přes gravitační čočkování až po strukturu kosmického mikrovlnného záření, přímý experimentální důkaz existence částic temné hmoty zatím chybí. To ponechává prostor pro alternativní teorie, mezi něž patří vedle Verlindeho emergentní gravitace také modifikovaná newtonovská dynamika (MOND) a její relativistické rozšíření.

Studie realizovaná na Sejong University tak zapadá do širšího trendu, kdy vědci testují konkurenční teorie gravitace na konkrétních, měřitelných jevech pozorovaných v reálných galaxiích, namísto pouhého teoretického srovnávání s obecnou relativitou. Podobný přístup umožňuje postupně zužovat okruh teorií, které jsou v souladu s pozorovanými daty, a případně identifikovat body, kde se jednotlivé modely od sebe zásadně liší a kde by budoucí přesnější pozorování mohla rozhodnout mezi konkurenčními vysvětleními.

Další vývoj v této oblasti bude záviset na tom, zda podobné analýzy potvrdí shodu Verlindeho předpovědí i u dalších typů galaxií a struktur, včetně kup galaxií, kde jsou účinky temné hmoty ještě výraznější. Teprve rozsáhlejší srovnání s daty z přehlídek oblohy a budoucích pozorovacích misí ukáže, zda emergentní gravitace představuje životaschopnou alternativu ke standardnímu kosmologickému modelu, nebo zda zůstane jen jednou z několika teoretických možností, které nakonec neobstojí před přísnějším testem observačních dat.