Видимая Вселенная занимает лишь 5% пространства, тогда как темная материя – 27%. Что оно такое и зачем нам о ней знать?
Темная материя – это гипотеза или все-таки реальность?
Реальностью является скрытая масса крупных космических объектов: начиная с масштабов галактики, масса составных космических объектов в разы больше суммы масс составляющих. Поскольку масса космических тел измеряется не напрямую (как правило, при помощи законов гравитации), то возможных объяснений два: или вы добавляете новую «невидимую» массу (темную материю), или изменяете законы гравитации. Хотя сейчас ученые склоняются к первому объяснению, но второе не является полностью исключенным.
А как узнать, сколько невидимой массы добавлять?
Это очень просто: есть измерения массы составного объекта (например, скопление галактик) и масс его составляющих (например, для скопления галактик это галактики). Поскольку, как правило, они очень сильно отличаются (первая превышает вторую в десятки или сотни раз), приходится добавлять избыток массы в виде темной материи.
Есть ли варианты развития событий в науке, если законы гравитации окажутся несовершенными?
Законы гравитации уже проверены на практике с довольно высокой точностью. Это означает, что даже если в будущем будут сделаны поправки к теории гравитации Эйнштейна, то они очень слабо повлияют на описание «привычных» для нас тел (да это и логично, иначе мы бы увидели эти отклонения ранее). Примером является сама общая теория относительности: хотя она предполагает существование ряда нетривиальных явлений (черные дыры или гравитационные волны), ее эффекты в Солнечной системе сложно «заметить» невооруженным глазом (хотя они дают существенный вклад, например, когда речь идет о технологии GPS).
В каких частях космических объектов сильнее всего проявляются эффекты от темной материи?
В отличие от обычного вещества, темная материя теряет меньше энергии за счет гораздо более слабой взаимодействия между частицами. Это приводит к тому, что темная материя образует протяженные «гало», в то время как обычная материя находится, прежде всего, в самых центральных частях таких «гало». Поэтому эффекты темной материи являются самыми заметными именно на периферии космических объектов.
Примером такого эффекта является поведение кривых зависимости скорости вращения (так называемых «кривых вращения») видимого вещества вокруг галактик. Согласно законам Ньютона, если бы галактики состояли лишь из видимого вещества, скорость вращения вокруг них существенно падала бы с увеличением расстояния от центра. Это входит в спор с наблюдениями, которые показывают «выход» скорости вращения на константу или вообще ее рост с увеличением расстояния от центра галактики. Для объяснения таких результатов, надежно установленных через исследование сотен галактик, включая нашей галактики и соседней галактики Андромеды нужно допустить существование «гало» скрытой массы, естественно объясняются с помощью введение понятия темной материи.