Я уверен, выражение темная материя знакома каждому из вас. Однако мало кто на самом деле понимает, что скрывается под этим названием и это я сейчас не только о простых смертных, сами ученые понятия не имеют, что такое темная материя. На сегодняшний день в США и Европе тратятся миллионы долларов на установки, которые, вроде как, должны помочь нам выяснить природу этой загадочной субстанции, но вот что действительно странно: если мы не знаем что такое темная материя, то откуда мы знаем, как её искать. Итак, тёмная материя. Что же это за зверь такой? Прежде чем говорить об этой таинственной штуке, надо хотя бы понять, откуда мы вообще узнали, что она существует. Приведу очень простой пример: вот есть у нас спутник, он вращается по орбите вокруг Земли, если мы возьмём и значительно увеличим его скорость, гравитация Земли больше не сможет удерживать его на орбите и эта глыба улетит в открытый космос. Если говорить о цифрах, максимальная скорость вращения вокруг составляет одиннадцать километров в секунду ! Если бы наша планета была в 100 раз тяжелее, то соответственно и максимальная скорость была бы в 10 раз больше, т.е. чем тяжелее объект, тем быстрее вокруг него могут вращаться другие тела. Именно так астрономы измеряют массы далеких галактик и их скоплений, чем собственно и занимался в 1933 году ни о чём не подозревающий американский астроном австрийского происхождения Фриц Цвикки.
Исследуя скорости единичных галактик в скоплениях, он обнаружил, что они в среднем движутся примерно в 100 раз быстрее, чем ожидалось, складывалось впечатление, будто кроме той массы, которую мы видим, есть еще дополнительная, скрытая масса, которая заставляет галактики двигаться гораздо быстрее, чем они должны были. Именно тогда Цвики впервые ввел термин тёмная материя для обозначения этой непонятной массы. В тридцатых годах наука о космосе только расправляла свои крылья, поэтому на необъяснимые явления никто не обратил должного внимания, мало ли что там может быть. Позже в 1970 году два астронома Вера Рубин и Кент Форд более детально исследовали скорости вращения звёзд в галактике Андромеда. Их результат навсегда изменил картину современной астрофизики, оказалось, что звезды в галактике вращаются слишком быстро, чтобы их вращения можно было объяснить, то есть в галактике Андромеда помимо звёзд, была ещё какая-то масса, которую мы по какой-то мистической причине увидеть не могли и судя по скорости вращения звёзд - эта масса должна быть в несколько раз больше, чем масса всех звёзд Андромеды вместе взятых. Позже оказалось, что, примерно, такая же картина обстоит и с другими галактиками. Их массы гораздо больше, чем массы звезд, из которых они состоят, уже тогда стало понятно, что здесь что-то не так. В течение последующих десятков лет ученые пытались выяснить, что же из себя представляет эта загадочная темная материя, которую мы не видим, но при этом чувствуем её гравитацию. Были отсеяны множества различных кандидатов на эту роль, как один из вариантов, это мог быть какой-то загадочный газ или пыль, которая наполняет всё межзвездное пространство, но дело в том, что вещества, так или иначе, обладают излучением. Как ни крути, если бы в галактиках было настолько много газа и пыли, мы бы смогли это увидеть как на этой фотографии, показывающей излучение пыли.
Да и потом, газ и пыль кучкуются в основном где-нибудь в центре галактик, а как показывали наблюдения, эта загадочная темная материя простиралась на много тысяч световых лет за её пределы. Также был вариант, что это просто очень холодные трупы умерших звёзд, которые настолько маленькие и слабые, что мы их просто не видим, белые карлики, нейтронные звёзды или может даже черные дыры, но и эта гипотеза была опровергнута наблюдениями. Ведь если бы эти объекты существовали в таком огромном количестве, во много раз больше чем самих звезд, то мы бы замечали их в явлениях, называющихся микролинзированием. Это когда какой-нибудь космический объект перекрывает собой свет от звезды. Но за всё время наблюдений, таких событий оказалось слишком мало, и эта гипотеза тоже была откинута, оставив вопрос открытым. Единственный возможный вариант, который оставался, это предположить, что эта материя состоит из более экзотических частиц, нежели наши привычные протоны и нейтроны. Проблема в том, что, так как мы фактически никак не видим эти частицы, значит, они не должны уметь взаимодействовать со светом, они не должны не поглощать, не излучать его. Из известных нам частиц таким возможным кандидатом оказались нейтрино.
Действительно эти сверхлегкие частицы повсюду, буквально в эту самую секунду сквозь вас пролетает миллиарды нейтрино, когда-то рождённые в недрах солнца, и вы даже не подозреваете об их существовании. Эти частицы практически ни с чем не взаимодействуют, не излучают и не поглощают свет. Казалось бы, всё идеально подходит, быть может, да, скрытая темная материя это просто огромное количество нейтрино, которых мы не видим, но и тут не всё так просто. Хоть точная масса нейтрино нам не известна, мы точно знаем, что она не больше чем одна десятимиллионная от массы электрона. А это примерно в 100 раз меньше той необходимой массы, которая нам нужно чтобы объяснить такое огромное количество темной материи. И так что же получается, это загадочное вещество точно необычный газ из частиц типа протонов и нейтронов на нейтрино это тоже не похоже. Единственная возможность искать ответы ,это выходить за рамки, есть два основных типа экзотических кандидатов, мы не знаем, существуют в природе такие частицы на оба эти типа в случае если они существуют, могут вполне объяснить мистику темной материи.
Первый тип это так называемые wimp слабо взаимодействующие массивные частицы некий класс частиц, которые возникают в так называемой теории суперсимметрии. В теории они в десятки, раз тяжелее протонов и нейтронов и взаимодействуют только посредством, так называемого слабого взаимодействия. Для их обнаружения учёные используют огромный резервуар с жидким ксеноном, если wimp частицы существуют в виде огромного облака по всей нашей галактике, то за долгие месяцы наблюдения хотя бы несколько из них должны провзаимодействовать с ядрами ксенона в лаборатории и излучить свет, который можно будет увидеть. Однако пока никаких прямых результатов нет, что очень сильно сужает поиск возможных параметров.
Другой тип частиц это аксионы тоже гипотетические частицы в отличие от предыдущих крайне легкие миллиардные доли от массы электрона, но теоретически их может быть очень очень много. Одна из свойства этих аксёнов в том, что в очень сильных магнитных полях они могут трансформироваться в фотоны частицы света и обратно. Именно такой эффект помогает ученым искать эти частицы. Если взять небольшую камеру с огромным магнитным полем внутри и светить туда фотонами, то если очень долго ждать, то какие то из фотонов могут превратиться в аксионы, что мы обязательно заметим, опять же пока прямых результатов эти многомиллионные эксперименты не дали Но как это обычно бывает в науке отсутствие результата это тоже результат. За последние 40 лет мы поняли что никаким межзвездным газом и пылью ни какими из известных нам частиц мы не можем объяснить наличие этой загадочной массы во вселенной. Несмотря на это. Наблюдение и эксперименты помогли нам за последние несколько лет закрыть возможность существования огромных классов различных аксиона подобных частиц, значительно сузив круг поиска.
Подпишитесь на канал, чтобы самыми первыми узнавать о новых загадках космоса!