Vědci navrhli detekci temné hmoty pomocí rozpadu na gravitony

Tým vědců pod vedením Davida Dunskyho z New York University přišel s novým přístupem k jednomu z nejstarších otevřených problémů moderní fyziky – hledání temné hmoty. Studie, kterou výzkumníci publikovali v prestižním časopise Physical Review D, navrhuje netradiční metodu detekce založenou na hypotetickém rozpadu částic temné hmoty na gravitony.

Temná hmota podle současných odhadů tvoří přibližně 85 procent veškeré hmoty ve vesmíru, přesto se ji dosud nepodařilo přímo detekovat. Astronomové a fyzici o její existenci vědí nepřímo – z gravitačního působení na galaxie, jejich rotační křivky a z pozorování velkoškálové struktury vesmíru. Samotná podstata částic, z nichž se temná hmota skládá, ale zůstává neznámá. Desítky let trvající experimenty zaměřené na přímou detekci prostřednictvím interakcí se standardní hmotou dosud nepřinesly jednoznačný výsledek, a proto se vědecká komunita stále více obrací k alternativním strategiím.

Právě do této kategorie spadá i nový návrh Dunskyho týmu. Namísto hledání srážek částic temné hmoty s atomy v podzemních detektorech se výzkumníci zaměřují na možnost, že se částice temné hmoty mohou vzácně rozpadat na gravitony – hypotetické částice, které by podle teoretických předpokladů měly zprostředkovávat gravitační sílu podobně, jako foton zprostředkovává elektromagnetickou interakci. Gravitony jsou součástí teoretických modelů kvantové gravitace, ale experimentálně dosud nebyly potvrzeny, což činí i tento výzkum vysoce spekulativním, byť teoreticky podloženým.

Podle autorů studie by takový rozpadový proces, pokud by k němu skutečně docházelo, mohl zanechat pozorovatelné stopy ve formě specifického záření nebo energetických signálů, které by bylo možné zachytit současnými nebo budoucími astronomickými přístroji. Tento přístup se liší od tradičních metod, které se soustředí především na přímé srážky nebo na rozpad temné hmoty na běžné, dobře známé částice, jako jsou fotony či neutrina.

Vědci zdůrazňují, že jde o teoretickou práci, která otevírá novou cestu k testování vlastností temné hmoty, i když existence gravitonů sama o sobě zůstává nepotvrzenou hypotézou vycházející z obecné teorie relativity a snah o její sjednocení s kvantovou mechanikou. Pokud by se v budoucnu podařilo najít nepřímé důkazy pro rozpad temné hmoty na gravitony, mohlo by to znamenat významný posun nejen v chápání podstaty temné hmoty, ale i v potvrzení existence gravitonů samotných.

Studie tak spojuje dvě velké nevyřešené otázky moderní fyziky – povahu temné hmoty a kvantovou podstatu gravitace – do jediného teoretického rámce. Autoři upozorňují, že jde o velmi náročný úkol z hlediska citlivosti potřebných měření, neboť předpokládaná pravděpodobnost takového rozpadu by byla extrémně nízká. Přesto podle nich stojí za to tento směr dále rozvíjet, protože rozšiřuje soubor nástrojů, které mají fyzici k dispozici při pátrání po neviditelné složce vesmíru.

Hledání temné hmoty patří mezi klíčové priority současné fyziky částic a kosmologie. Vedle podzemních detektorů, které čekají na přímou srážku částic temné hmoty s atomovými jádry, běží i experimenty zaměřené na nepřímé projevy – například pozorování možných produktů anihilace nebo rozpadu temné hmoty v kosmickém záření. Nový návrh týmu z New York University rozšiřuje tento seznam o zcela novou teoretickou možnost, která dosud nebyla systematicky zkoumána.

Autoři práce plánují svůj model dále zpřesňovat a hledat konkrétní astrofyzikální scénáře, ve kterých by bylo možné případné signály rozpadu na gravitony odlišit od jiných astrofyzikálních jevů. Zda se tato cesta ukáže jako plodná, ukáže až další výzkum a případná pozorování, ale samotná publikace v Physical Review D naznačuje, že teoretická fyzikální komunita považuje tento směr za dostatečně zajímavý, aby se jím dále zabývala.