Většina našeho vesmíru je skrytá na první pohled. Ačkoli ji nemůžeme vidět ani se jí dotknout, většina astronomů tvrdí, že většinu vesmíru tvoří temná hmota a temná energie. Co je však tato tajemná, neviditelná hmota, která nás obklopuje? A jaký je rozdíl mezi temnou energií a temnou hmotou? Stručně řečeno, temná hmota zpomaluje rozpínání vesmíru, zatímco temná energie ho urychluje.

Tmavá hmota funguje jako přitažlivá síla – jakýsi kosmický tmel, který drží náš vesmír pohromadě. Je to proto, že temná hmota sice interaguje s gravitací, ale neodráží, neabsorbuje ani nevyzařuje světlo. Zatímco temná energie je odpudivou silou – jakousi antigravitací – která pohání stále se zrychlující rozpínání vesmíru.

Temná energie je mnohem dominantnější z těchto dvou sil a představuje zhruba 68 % celkové hmotnosti a energie vesmíru. Temná hmota tvoří 27 procent. A zbytek – pouhých 5 procent – tvoří veškerá běžná hmota, kterou denně vidíme a se kterou přicházíme do styku.

Temnou hmotu nelze vyfotografovat, ale vědci ji mohou detekovat a mapovat pomocí měření gravitační čočky. Její rozložení je zde znázorněno na modrém překryvu vnitřní oblasti Abell 1689, kupy galaxií vzdálené 2,2 miliardy světelných let. (Kredit: NASA/ESA/JPL-Caltech/Yale/CNRS)

Tmavá hmota

Ve 30. letech 20. století studoval švýcarský astronom Fritz Zwicky snímky zhruba 1 000 galaxií, které tvoří kupu Coma – a všiml si něčeho zvláštního na jejich chování. Galaxie se pohybovaly tak rychle, že by se měly jednoduše rozletět. Spekuloval, že je pohromadě drží nějaký druh “temné hmoty”.

O několik desetiletí později astronomové Vera Rubinová a Kent Ford zjistili podobný jev, když studovali rychlost rotace jednotlivých galaxií. Hvězdy na vnějším okraji galaxie by měly obíhat pomaleji než hvězdy blízko středu. Takto obíhají i planety v naší sluneční soustavě. Místo toho si všimli, že hvězdy na okraji galaxie obíhají stejně rychle – nebo rychleji – než hvězdy blíže k ní. Rubin a Ford našli další důkaz, že vesmír zřejmě drží pohromadě nějaká neviditelná forma hmoty.

“Dokonce i hvězdy na periferii obíhají vysokou rychlostí,” vysvětlil jednou Rubin v rozhovoru pro časopis Discover. “Musí tam být hodně hmoty, aby hvězdy obíhaly tak rychle, ale my ji nevidíme. Této neviditelné hmotě říkáme temná hmota.”

Astronomové mají nyní mnoho dalších důkazů, které naznačují, že temná hmota existuje. Ve skutečnosti je existence temné hmoty tak široce přijímána, že je součástí tzv. standardního modelu kosmologie, který tvoří základ toho, jak vědci chápou zrod a vývoj vesmíru. Bez ní nedokážeme vysvětlit, jak jsme se sem dostali.

Široký pohled na místní vesmír, který se rozprostírá na stovky milionů světelných let, odhaluje shlukovitou a pavučinovitou strukturu vesmíru s vlákny galaxií a obrovskými prázdnotami. Mléčná dráha je jen jedním z mnoha bodů, které tvoří nadkupu v Panně. Spíše než jen prázdné, pasivní prostory mohou prázdnoty skrývat klíč k pochopení temné hmoty, temné energie a galaktického vývoje. (Kredit: Andrew Z. Colvin)

Tento výsostný status však vyvíjí na kosmology tlak, aby našli definitivní důkaz, že temná hmota existuje a že jejich model vesmíru je správný. Fyzikové po celém světě již desítky let používají stále dokonalejší přístroje, aby se pokusili temnou hmotu odhalit. Zatím po ní nenašli žádné stopy.

Přečtěte si více: Fyzikové začínají hledat nejlehčí temnou hmotu

Temná energie

Astronomové už asi sto let vědí, že se náš vesmír rozpíná. Teleskopická pozorování ukázala, že většina galaxií se od sebe vzdaluje, což znamená, že v dávné minulosti byly galaxie blíže u sebe. V důsledku toho se hromadily důkazy pro velký třesk. Astronomové však předpokládali, že kombinovaná gravitační síla všech vesmírných hvězd a galaxií by měla rozpínání vesmíru zpomalovat. Možná se dokonce jednoho dne zhroutí zpět do sebe ve velkém třesku.

Tato představa však byla koncem 90. let 20. století zavržena, když si dva týmy astronomů všimly něčeho, co nedávalo smysl. Vědci zkoumající supernovy v nejvzdálenějších galaxiích zjistili, že vzdálené galaxie se od nás vzdalují rychleji než blízké galaxie. Vesmír se nejen rozpínal – rozpínání se zrychlovalo.

(Kredit: Roen Kelly/Discover)

“Moje vlastní reakce je někde mezi úžasem a zděšením,” řekl v roce 1998 astronom Brian Schmidt, který vedl jeden ze dvou týmů, deníku New York Times. “Údiv, protože jsem tento výsledek prostě nečekal, a zděšení z vědomí, že mu pravděpodobně nebude věřit většina astronomů – kteří jsou stejně jako já extrémně skeptičtí k neočekávaným věcem.”

Ale spíše než k jeho vyvrácení přispěla následná pozorování k tomu, že se důkazy o temné energii staly ještě pevnějšími. Ve skutečnosti někteří významní kritici temné hmoty existenci temné energie stále uznávají.

Přečtěte si více:

To však neznamená, že vědci vědí, co je temná energie. To zdaleka ne. Dokážou však popsat její roli ve vesmíru, a to díky obecné teorii relativity Alberta Einsteina. Einstein o temné energii nevěděl, ale jeho rovnice naznačovaly, že může vzniknout nový prostor. A do teorie relativity zahrnul také faktor, který se nazývá kosmologická konstanta a který přidal – a později toho litoval -, aby zabránil zhroucení vesmíru dovnitř. Tato myšlenka umožňuje, aby samotný prostor měl energii. Vědci však tuto sílu na Zemi dosud nikdy nepozorovali.

Někteří teoretičtí fyzikové se domnívají, že tam venku existuje celá temná říše částic a sil, která jen čeká na své objevení. Ať už se temná energie a temná hmota skládají z čehokoli, zdá se, že si s naším vesmírem hrají na přetahovanou – jak ho drží pohromadě, tak ho od sebe odtahují.