Удивительно, но чем больше мы узнаём о Вселенной, тем больше появляется неразрешенных загадок... Несколько десятков лет назад мы думали, что знаем, из чего всё состоит, но обычное вещество оказалось только небольшой частью Вселенной. Его примерно в 5,5 раз меньше, чем некой Тёмной материи. И немного не укладывается в голове тот факт, что большая часть ученых уверена в существовании этой загадочной субстанции, но хоть как-то зафиксировать её пока никому не удавалось. Давайте поговорим о том, какие теории на этот счет существуют, и что мы вообще знаем о темной материи…
Само понятие возникло еще в начале 20 века, а широкую известность получило в 1933 году, когда астроном Фриц Цвикки проанализировал скорости галактик в крупном скоплении и пришёл к выводу, что гравитационное притяжение просто не могло удержать галактики, они должны были разлететься в разные стороны. То есть массы видимой материи слишком мало, её должно было быть в десятки раз больше. Разные астрономы наблюдали за другими галактиками и приходили к такому же выводу. В конце 1960х годов проводили наблюдения за звёздами, вращающимися на краю галактик. Они должны были двигаться тем медленнее, чем дальше они от центра галактик. Вместо этого внешние звёзды двигались так же быстро, как звёзды, находившиеся ближе к центру, но при этом галактики не распадались. Здесь также что-то дополняло гравитационное притяжение, это можно было объяснить только присутствием невидимой материи.
И этот факт тоже попал в копилку подтверждений существования экзотической субстанции. Гравитационные эффекты загадочной материи видны, поэтому мы и не можем отрицать её существование. Можно сказать, что это большое количество некого вещества, которое не излучает свет и очень слабо, или вообще не взаимодействует с обычной материей.
Итак, мы с вами имеем недостаток в массе, но зато у нас есть избыток самых разных гипотез. Есть предположение, что темная материя – это черные дыры. Когда-то оно уже рассматривалось, и такая возможность была исключена, но в прошлом году идея получила новую жизнь. Проект aLIGO увидел чёрные дыры, которых не должно было быть, а их масса в несколько десятков солнечных, зафиксирована впервые. Речь идет не об обычных сколлапсировавших звездах, речь о доисторических черных дырах, чье существование предположил Стивен Хокинг в 70х годах. Таких объектов в Млечном Пути должно быть около 10 миллиардов, тогда они смогут занять почетное место темной материи. Некоторые из таких черных дыр могут сходиться, и проект aLIGO должен будет зафиксировать хотя бы несколько подобных событий за год. Начало положено, осталось ждать дальнейших событий.
Еще одна интересная гипотеза подразумевает, что загадочное вещество состоит из множества разных частиц, то есть похоже на обычное вещество. Просто большинство из них может взаимодействовать только посредством гравитации, а допустим, 5% способны испытывать и какие-то другие взаимодействия. Обычной материи хоть и немного, но она влиятельна, она способна сжиматься в субстанции, из которых формируются звезды, планеты и жизнь. И та небольшая, но активная часть темной материи тоже могла бы собираться в структуры. Такие размышления могут привести и в каком-то смысле даже к живым существам. Но обнаружить это всё опять-таки невероятно сложно, и пока невозможно. Проще говоря, гипотеза говорит нам, что темная сторона вселенной есть, и она очень разнообразна, но живет своей жизнью.
Еще одна, не менее интересная теория, основана на существовании мультивселенной. Кстати это любимая версия астрофизика Нила Тайсона. Если предположить, что мы с вами живем лишь в одной из множества Вселенных, то это множество существовало бы параллельно с нами, но их обитатели никак не пересекались бы между собой. Но мы знаем, что массивные объекты сильно искажают пространство, а значит, эти искажения могут гравитационно воздействовать на соседние вселенные. И именно в местах такого соприкосновения возникают все скопления. Гравитация параллельных вселенных вполне объясняет все обнаруженные аномалии. Такую теорию подтвердить будет очень сложно, хотя она и решила бы многолетнюю загадку.
Для большинства научных деятелей темное вещество так же реально, как и обычное, которое мы можем наблюдать и из которого мы собственно состоим. Но естественно ученые не исключили и тот вариант, что просто на больших расстояниях гравитация ведёт себя совсем не так, как предсказывали Ньютон и Эйнштейн, а значит, нет никакой другой материи. Тогда начали появляться альтернативные модели, например, Теория Милгрома или MOND (модифицированная ньютоновская динамика), согласно которой сила притяжения с увеличением расстояния ослабевает плавнее, чем утверждал Ньютон. Но пока ни одна из моделей не оказалась достаточно успешной, везде есть фатальные недостатки, поэтому тёмная материя остается на плаву.
Но согласитесь, что невидимость субстанции усложняет её поиск. Зато точно известно, что эта скрытая масса не состоит из каких-либо известных нам частиц. Поэтому приходится изобретать новые. До недавнего времени самым популярным кандидатом на частицу темной материи был вимп (WIMP, Weakly Interacting Massive Particle) — это класс слабо взаимодействующих частиц, которые максимально подходят на эту роль. В процессе долгих поисков вимпа сузился интервал параметров, в котором он мог бы существовать. Экспериментально были опровергнуты многие модели легких вимпов. Поиски безуспешны, но отбросить эту частицу мы пока не можем, потому что в некоторых областях параметров она вполне может существовать. И пока одни расстраиваются такими результатами, другие выдвигают теории об экзотических альтернативах вимпу.
Огромное количество частиц темной материи должно в каждый момент времени проходить сквозь нашу планету. Физики пытаются поймать их глубоко под землёй, чтобы исключить обычные частицы. В экспериментах участвует детектор с тщательно выбранным целевым материалом, например, германием или кремниевыми кристаллами. Они ищут крохотные импульсы тепла и вспышки света, которые должно было выдать пролетающее сквозь нас нечто. Результатом были максимум намеки на что-то необычное, но точно зафиксировать неведомые частицы пока не получилось, мы все еще в ожидании.
Аргументы в пользу темной материи растут по сей день. Например, астрофизики из Даремского университета смоделировали на суперкомпьютерах формирование галактик разных размеров, сжали миллиарды лет эволюции в несколько недель и продемонстрировали, что существование темной материи согласуется с наблюдаемым отношением между массой, размером и светимостью галактик.
В принципе, темная материя – это только красивое название неизвестного нам феномена. Сейчас никто точно не знает, что она из себя представляет. А раз мы ничего не знаем об этом, то не можем оценить правильность или реальность гипотез. Любая из них может оказаться верной, и в то же время истина вполне может быть самой непредсказуемой. Если темное вещество состоит из частиц, то у нас есть шансы их найти. Детекторы для их обнаружения продолжают совершенствовать и строить новые. А мы остаемся в ожидании одного из величайших открытий человечества...
Это был текстовый вариант моего видео о темной материи:
Спасибо! :)