35. Jaký je náš vesmír
Po staletí se lidé při pohledu na noční oblohu pokoušejí vesmír posuzovat podle lidských měřítek a hledisek. S nástupem moderní pozorovací techniky se v médiích stále častěji objevují nádherné fotografie planet, mlhovin, hvězdokup a galaxií. Tyto mimořádně krásné záběry nás svádí k domněnce, že jde o reprezentativní vzorek objektů ve vesmíru. Skutečnost je ale úplně jiná. Svítící atomární látka tvoří jedno jediné procento hmoty a energie ve vesmíru. Pak je tu nesvítící atomární látka, té jsou tři procenta celku. Jde o nesvítící plyn a prach, chladnoucí bílé trpaslíky a další objekty. Látka v podobě atomů je ve vesmíru v menšině, dohromady jsou jí přibližně 4 procenta.
Atomární látka vznikala v několika fázích. Nejprve se ze zárodečné polévky rodily v desítkách mikrosekund po počátku světa neutrony a protony. V několika minutách z nich vznikala lehká atomová jádra a 400 000 let po počátku se vytvořily i atomární obaly. Těžké prvky vznikaly až mnohem později v nitru prvních hvězd. Většina z nich explodovala jako supernovy a vyvržená látka obohatila okolní prostředí o těžké prvky. Naše tělo je tak složeno z materiálu bývalých supernov.
Jenže tenhle náš překrásný svět složený z atomů tvoří jen 4 % celého vesmíru. Nutně se vkrádá otázka: Co je oněch zbývajících 96 %? Z čeho se doopravdy skládá náš vesmír? Odpověď na tuto otázku není vůbec jednoduchá.
Už v roce 1933 upozornil Fritz Zwicky, že v kupě galaxií ve Vlasech Bereniky neodpovídá pohyb galaxií množství pozorované látky. V roce 1968 zjistila Vera Rubinová, že stejný problém existuje i pro samotné galaxie. Hvězdy ve vnějších oblastech obíhají střed galaxie rychleji, než vyplývá z gravitačního zákona. Platí jednoduchá úvaha: hvězdy se pohybují rychleji než mají, proto by měly odlétnout díky odstředivé síle do mezigalaktického prostoru. Pokud kolem galaxie opravdu krouží, musí je v ní držet další hmota, kterou nevidíme.
V současnosti této hmotě říkáme temná hmota. O její existenci víme z jejích gravitačních projevů. Dokážeme dopočítat její rozložení za pomoci toho, jak ovlivňuje chod paprsků ze vzdálených galaxií. Víme, že tvoří 23 % veškeré hmoty a energie ve vesmíru a vytváří v něm vláknité a plošné útvary. Do křížení různých vláken se stahuje atomární látka a v těchto místech se nacházejí nám dobře viditelné galaxie a kupy galaxií.
Nejčastěji se uvažuje o tom, že temnou hmotu tvoří exotické částice, kterým říkáme wimpy. Jde o zkratku z anglického sousloví Weakly Interacting Massive Particles, tedy slabě interagující hmotné částice. Tyto částice by kromě gravitace měly interagovat už jen slabou interakcí. Protože neintaragují ani elektromagneticky, ani silně, je pro ně běžná látka průhledná podobně jako pro neutrina. Neutrin je ale příliš málo na to, aby byla hledanými částicemi temné hmoty. Na světě existuje několik desítek experimentů, které se pokoušejí tyto podivné částice zachytit. Zdá se, že jsme velmi blízko jejich objevu. Jakýsi nenulový signál dávají italské experimenty DAMA a CRESS pod horou Gran Sasso a od roku 2011 i americký experiment CoGeNT. Chytání částic temné hmoty chce ale mimořádnou trpělivost a jsme teprve na počátku. Částice se musí strefit přesně do atomového jádra látky detektoru a teprve pokud proběhne slabá interakce s některou z částic jádra, objeví se detekovatelný signál.
Pojďme počítat: 4 % atomární látky a 23 % temné hmoty. Stále nám zbývá 73 %, tedy téměř ¾ celku! V letech 1998 a 1999 prováděly měření vzdálenosti a rychlosti galaxií dvě nezávislé vědecké skupiny. Jedna byla vedená Saulem Perlmutterem a druhá Adamem Riessem. Obě skupiny k měření vzdáleností využívaly jako standardní svíčku jeden druh supernov. Výsledek byl překvapivý. Ukázalo se, že by se vesmír měl v současnosti rozpínat zrychlenou expanzí. Gravitace je ale přitažlivou silou a může expanzi jen brzdit. Expanze vesmíru by tak měla být způsobena něčím jiným, než je obyčejná gravitace. Entitu zodpovědnou za zrychlenou expanzi vesmíru astronomové nazvali temnou energií. Jde jen o pracovní název, kterému musíme přiřadit nějaký skutečný mechanizmus. V úvahu připadají tři nejpravděpodobnější možnosti. Může jít o projevy vlastností vakua, které je podle kvantové teorie plné divokých fluktuací různých polí a rozhodně není zcela prázdné. Nebo může jít o další přírodní sílu, kterou jsme právě objevili. Říká se jí kvintesence neboli pátá esence. A nebo může být vše úplně jinak a gravitační interakce se na extrémně velkých vzdálenostech chová jinak, než jsme si doposud mysleli.
Temná energie tvoří oněch zbývajících 73 % našeho vesmíru, a přesto o ní víme nejméně. Zdá se, že je ve vesmíru rozložena zcela rovnoměrně a její hustota se ani při expanzi nemění. Tomu by nejlépe odpovídala první možnost, podle které je zrychlená expanze způsobena vlastnostmi vakua. Poznat skutečnou pravdu ale ještě nějaký čas určitě potrvá.
Až se v noci podíváte na oblohu a nebo se jen budete kochat pohledem na krásné fotografie hvězd, galaxií či mlhovin, nezapomeňte, že tahle krása je jen jediným procentem celku. A že bude muset lidstvo vyvinou nemalé úsilí, aby pochopilo všechny součásti vesmíru, ve kterém žijeme.