Vědci navrhli využít Zemi jako detektor temné hmoty pomocí geomagnetických dat

Tým vědců z Kyoto University, Hiroshima University a Nihon University představil novou metodu, jak hledat temnou hmotu pomocí samotné Země. Výsledky práce zveřejnili 5. září 2026 ve dvou odborných studiích, publikovaných v časopisech Progress of Theoretical and Experimental Physics a Physical Review D.

Princip metody spočívá v tom, že prostor mezi zemským povrchem a ionosférou funguje jako přirozená dutina, v níž se mohou šířit velmi slabé elektromagnetické signály. Podle vědců by právě v tomto prostoru mohly zanechávat stopy hypotetické částice temné hmoty, konkrétně axiony nebo takzvané temné fotony, pokud by interagovaly se zemským magnetickým polem nebo se světlem. Zeptali jsme se, zda můžeme použít Zemi jako obrovský detektor v našem hledání, říká Atsushi Taruya, jeden z autorů studie.

Vědci se zaměřili na částice s extrémně nízkou hmotností, přibližně o 19 až 21 řádů lehčí než elektron. Právě takto lehké částice patří mezi kandidáty na temnou hmotu, kterou se dosud nepodařilo přímo detekovat, přestože její existenci naznačují pozorování na kosmologické i galaktické škále.

Klíčovým prvkem výzkumu byl nový teoretický rámec, který umožnil předpovědět, jak by se případné signály temné hmoty projevovaly v nízkofrekvenčních elektromagnetických polích Země, a to až do frekvence 30 Hz. Na základě těchto předpovědí pak tým analyzoval data z dlouhodobých geomagnetických měření, která pokrývala přibližně deset let, konkrétně období 2012 až 2022.

Z analýzy vyplynulo několik zajímavých signálů, které by teoreticky mohly odpovídat interakci s temnou hmotou. Tyto kandidátní signály však nebyly potvrzeny a vědci zdůrazňují, že jde zatím pouze o statistické anomálie, které je třeba dále prověřit dodatečnými měřeními a nezávislými metodami.

Přestože se nepodařilo temnou hmotu přímo zachytit, výzkum přinesl významný vedlejší výsledek. Nové limity na možnou interakci axionů se světlem jsou přibližně stokrát přísnější než dosavadní nejlepší experimentální hranice. To znamená, že se podařilo výrazně zúžit prostor, v němž se vlastnosti těchto hypotetických částic mohou pohybovat, a tím poskytnout cenné vodítko pro budoucí experimenty i teoretické modely.

Použití Země jako detektoru představuje alternativu k tradičním metodám hledání temné hmoty, které obvykle spoléhají na podzemní laboratoře s citlivými detektory nebo na urychlovače částic. Výhodou nového přístupu je, že využívá již existující dlouhodobá geomagnetická data, sbíraná po celém světě pro jiné vědecké i praktické účely, například pro monitorování geomagnetických bouří nebo výzkum zemské atmosféry. Díky tomu je metoda relativně levná a umožňuje analyzovat velmi dlouhé časové řady bez nutnosti stavět nová nákladná zařízení.

Zároveň jde o ukázku toho, jak lze propojit geofyziku s částicovou fyzikou a kosmologií. Zemská atmosféra a magnetické pole se tak ocitají v roli citlivého přístroje, který by mohl doplnit poznatky získávané ve specializovaných laboratořích, jako jsou podzemní detektory axionů nebo experimenty s temnými fotony prováděné v urychlovačích.

Vědci plánují v analýze pokračovat a rozšířit ji o další datové sady i delší časová období, což by mohlo pomoci potvrdit nebo vyvrátit identifikované kandidátní signály. Zpřesnění teoretického rámce by zároveň mohlo umožnit hledání signálů na dalších frekvencích a s vyšší citlivostí.

Výzkum tak zapadá do širšího mezinárodního úsilí o odhalení podstaty temné hmoty, která podle současných odhadů tvoří významnou část hmoty ve vesmíru, přestože ji dosud nebylo možné přímo pozorovat. Kombinace nových teoretických modelů s dlouhodobými pozemskými daty otevírá další cestu, jak k tomuto cíli přispět, aniž by bylo nutné budovat nákladnou novou infrastrukturu.