A právě tady začínají tři slavné scénáře: studená, teplá a fuzzy temná hmota. Nejde o teplotu v běžném smyslu. Jde o to, jak rychle se tyto hypotetické částice pohybovaly v raném vesmíru a jak to ovlivnilo vznik malých struktur.
Studená temná hmota: standardní favorit
Nejrozšířenější model se jmenuje cold dark matter, tedy studená temná hmota. „Studená“ znamená, že se její částice po velkém třesku pohybovaly relativně pomalu. Díky tomu se mohly dobře shlukovat a vytvořit gravitační semena, kolem nichž vznikaly galaxie a kupy galaxií.
Ve velkém měřítku funguje tento model velmi dobře. Krásně vysvětluje rozložení galaxií ve vesmíru i vznik rozsáhlé kosmické struktury. Proto je dnes základní součástí standardního kosmologického modelu ΛCDM.
Jenže v malém měřítku se objevují otazníky. Simulace se studenou temnou hmotou často předpovídají víc malých satelitních galaxií a hustší středy trpasličích galaxií, než někdy pozorujeme. A právě to otevřelo dveře alternativám.
Teplá temná hmota: méně drobných struktur
Warm dark matter, tedy teplá temná hmota, předpokládá lehčí a rychlejší částice. Ty by v raném vesmíru částečně „vyhladily“ nejmenší gravitační shluky, takže by vznikalo méně drobných galaxií.
To zní lákavě, protože by to mohlo pomoci s některými maloměřítkovými problémy, třeba s tím, že simulace někdy produkují příliš mnoho malých satelitů. Jenže teplá temná hmota má i nevýhodu: nesmí být tak „teplá“, aby rozbila věci, které ve vesmíru zjevně existují. Pozorování velmi vzdálených galaxií i takzvaného Lyman-alpha forest dnes možnosti teplé temné hmoty dost omezují.
Jinými slovy: může být zajímavá, ale nemůže si dělat, co chce.
Fuzzy temná hmota: vesmír jako vlna
Nejpoetičtější variantou je fuzzy dark matter. Ta předpokládá extrémně lehké částice, tak lehké, že se v měřítku galaxií chovají spíš vlnově než jako klasické jednotlivé částice. Místo ostrých hustotních vrcholů by vytvářely měkčí, rozmazanější struktury.
To je zajímavé, protože by to mohlo pomoci vysvětlit, proč některé malé galaxie nemají tak husté středy, jak by čekala studená temná hmota. Fuzzy model ale také naráží na omezení: pokud jsou částice příliš lehké, vznik velkých struktur nebo raných galaxií by nemusel odpovídat tomu, co opravdu vidíme.
Kdo má pravdu?
Zatím nikdo definitivně nevyhrál. Studená temná hmota zůstává favoritem, protože nejlépe funguje v kosmologickém měřítku. Ale právě extrémní objekty, jako jsou téměř temné galaxie nebo zvláštní trpasličí galaxie, mohou ukázat, kde model potřebuje úpravu — nebo kde jsme jen podcenili vliv obyčejné hmoty.
Temná hmota tedy zatím není nalezená částice. Je to závod hypotéz. A vesmír je laboratoř, ve které se rozhoduje.
Zdroje: NASA Science – Dark Matter [1], Bullock & Boylan-Kolchin – Small-Scale Challenges to the ΛCDM Paradigm [2], Hui et al. – Ultralight scalars as cosmological dark matter [3], Bode, Ostriker & Turok – Halo formation in warm dark matter models [4], img ai generated
