Po desetiletí astronomové, fyzikové a kosmologové teoretizovali, že vesmír je naplněn exotickým materiálem zvaným „temná hmota“, který vysvětluje zvláštní gravitační chování galaxií a kup galaxií.
Temná hmota podle matematických modelů tvoří tři čtvrtiny veškeré hmoty ve vesmíru. Nikdy však nebyla pozorována ani plně vysvětlena. A přestože se temná hmota stala převládající teorií vysvětlující jednu z největších záhad vesmíru, někteří vědci hledali alternativní vysvětlení, proč se galaxie chovají tak, jak se chovají.
Nyní mezinárodní tým vědců tvrdí, že našel nové důkazy o tom, že temná hmota možná ve skutečnosti přece jen neexistuje.
Ve výzkumu publikovaném v listopadu v časopise Astrophysical Journal vědci uvádějí drobné nesrovnalosti v oběžných rychlostech vzdálených hvězd, které podle nich odhalují slabý gravitační efekt – a který by mohl skoncovat s převládajícími představami o temné hmotě.
Studie naznačuje, že za tím, co se zdá být gravitační silou galaxií a kup galaxií, stojí spíše neúplné vědecké pochopení gravitace než obrovská mračna temné hmoty.
To by mohlo znamenat, že čistá matematika, a ne neviditelná hmota, by mohla vysvětlit, proč se galaxie chovají tak, jak se chovají, uvedl spoluautor studie Stacy McGaugh, který vede katedru astronomie na Case Western Reserve University v Clevelandu.
Nový výzkum uvádí, že známky slabého gravitačního přílivu, známého jako „efekt vnějšího pole“ neboli EFE, lze statisticky pozorovat v oběžných rychlostech hvězd ve více než 150 galaxiích.
Autoři tvrdí, že tento efekt nelze vysvětlit pomocí teorií temné hmoty, ale předpovídá jej tzv. teorie modifikované newtonovské dynamiky neboli MOND.
„Ve skutečnosti říkáme, že existuje absolutní důkaz nesouladu,“ řekl McGaugh. „To, co vidíte, není to, co dostanete, pokud znáte jen Newtona a Einsteina.“
Astronomové dlouho předpokládali, že hvězdy obíhají kolem středů galaxií rychlostí, kterou předpovídá gravitační teorie formulovaná anglickým fyzikem a matematikem Isaacem Newtonem před více než 300 lety.
Newton založil svou teorii, že se objekty vzájemně přitahují silou měnící se podle jejich hmotnosti, na pozorování oběžných drah planet. S upřesněním teorií fyzika německého původu Alberta Einsteina ve 20. století je stále překvapivě přesná.
Ale pozorování kupy galaxií Coma ve 30. letech 20. století švýcarským astronomem Fritzem Zwickym, který tehdy pracoval na Kalifornském technologickém institutu, zjistilo, že v ní působí větší gravitační síly, než se očekávalo – efekt přisoudil „dunkel (kalt) materie“, což je německý výraz pro „temný (studený) materiál“.“
Když američtí astronomové Vera Rubinová a Kent Ford v 70. letech 20. století objevili anomálie v oběžných drahách hvězd v galaxiích, mnoho vědců vyslovilo teorii, že jsou způsobeny masami neviditelné „temné hmoty“ uvnitř a v okolí galaxií, a tato myšlenka od té doby dominuje astrofyzice.
Podle některých odhadů tvoří temná hmota asi 85 procent veškeré hmoty ve vesmíru. Říká se, že interaguje se světlem a viditelnou hmotou pouze prostřednictvím gravitace, a vysvětluje pozorované anomálie ve vzdálených galaxiích.
Nikdy však nebyla spatřena a dosud nikdo plně nevysvětlil, co by to mohlo být, ačkoli mezi kandidáty na temnou hmotu patří slabě interagující hmotné částice neboli WIMPS, primordiální černé díry a neutrina.
MOND formuloval v 80. letech 20. století izraelský fyzik Mordehai Milgrom, aby vysvětlil pozorované nesrovnalosti bez temné hmoty.
Navrhuje, že gravitace způsobuje velmi malé zrychlení, které Newton a Einstein nepředpověděli, a to na tak nízké úrovni, že ho lze pozorovat pouze u objektů velikosti galaxií; a to by znamenalo, že vysvětlení temné hmoty není potřeba.
McGaugh přiznává, že MOND je v astrofyzice menšinovým názorem a že většina vědců je pro existenci temné hmoty – což je myšlenka, kterou sám upřednostňoval, dokud před 25 lety nezačal měnit názor.
„Kdysi bych řekl totéž: je naprosto prokázáno, že temná hmota existuje, nedělejte si s tím starosti,“ řekl.
Mnohé z předpovědí MOND se však projevily v astronomických pozorováních a nejnovější výzkum je pro ni dalším důkazem, řekl.
„MOND je jediná teorie, která takto uspěla,“ řekl McGaugh. „Je to jediná teorie, u které se běžně vyplnily všechny předpovědi.“
Nový výzkum nastoluje „velmi zajímavou otázku“, řekl Matthias Bartelmann, profesor teoretické astrofyziky na Heidelberské univerzitě v Německu, který se na studii nepodílel.
„Lze temnou hmotu vysvětlit jiným gravitačním zákonem? Pro kosmologii i částicovou fyziku by bylo nanejvýš důležité, kdyby to šlo,“ uvedl v e-mailu.
Má však pochybnosti o tom, že „efekt vnějšího pole“, o němž se píše v novém výzkumu, je skutečně jedinečnou předpovědí MOND a že jej nelze vysvětlit některými konkurenčními teoriemi.
A protože teorie MOND byla formulována tak, aby vysvětlila rotační nesrovnalosti v galaxiích, očekávalo by se, že její testování na galaxiích přinese přesvědčivé výsledky; místo toho je podle něj třeba MOND úspěšně otestovat na jiných objektech, například na kupách galaxií.
.