В 1930-х годах швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что галактики вращаются намного быстрее, чем должны при их массе видимого вещества. Расчетная по законам физики масса галактик получилась в 10 раз больше, чем просто сумма масс всех звезд и межзвездного газа. 90% «потерянной» массы составляет некая невидимая приборам и человеку субстанция, которую и прозвали темной материей.
Как распределена темная материя по галактике - до конца неясно. К примеру, по расчетам астрофизиков, на Земле может присутствовать до 500 граммов темной материи.
Ученые не знают, что такое темная материя
Есть несколько гипотез, что представляет из себя темная материя. Но ни одна из них пока не подтвердилась на практике.
Темная материя может быть совокупностью нейтронных звезд и черных дыр. Мы примерно можем прикинуть, где все эти объекты расположены, но, возможно, в галактиках их намного больше.
Еще одна гипотеза – темная материя состоит из массивных частиц, которые в физике получили название WIMP. Это гипотетические массивные частицы, которые ведут себя подобно нейтронам. То есть не участвуют в электромагнитных взаимодействиях, так как не имеют заряда. WIMP в 10-100 раз тяжелее протона.
Темная материя может состоять и из нейтрино. Это, наоборот, очень маленькие частицы с очень маленькой массой. И они практически не взаимодействуют с окружающей средой. Но, в теории, в космосе их может быть так много, что даже при низкой массе они в сумме дают огромную прибавку к массе галактик.
Ученые придумали и еще одну частицу – аксион. По сути, аналог нейтрино, которые трудно уловить, но которые могут взять количеством. Их так много во Вселенной, что масса выше, чем у звезд.
Но, напомню, ни одна из этих теорий не подтверждена на практике. Так что если вы видели в интернете статьи в стиле «Ученые открыли тайну темной материи» - это просто попытка медиа привлечь внимание броским заголовком. Нет, не открыли. Если откроют – за это смело можно 10 нобелевских премий выдать. Потому что решение этой проблемы сильно уточнит нашу картину мира и продвинет науку вперед!
Почему так трудно обнаружить темную материю
«Нормальные» частицы – электроны, протоны, фотоны, легко взаимодействуют с приборами. А материя, которая состоит из них – например, звезды, видны даже невооруженным глазом.
А вот темная материя, чем бы она не была, во взаимодействиях практически не участвует. Частицы вполне могут «прошивать» прибор и безнаказанно лететь дальше.
По сути, темная материя проявила себя лишь в одном взаимодействии – гравитационном, так как именно она наделила галактики гигантской массой. Вряд ли она участвует в электромагнитном взаимодействии, а ее частицы, скорее всего, не имеют заряда. Впрочем, есть и модели, когда темная материя состоит из заряженных частиц. Так ли это – покажут будущие исследования.
Темная материя есть не во всех галактиках
Есть галактики, в которых нет никакой скрытой массы. Например, галактика, которую открыли в 2018 году и назвали NGC 1052-DF2. Она полностью подчиняется законам физики без учета дополнительной массы темной материи.
Могут ли физики заблуждаться?
Выводы и гипотезы астрофизиков очень интересны. Но меня беспокоит другой вопрос. А существует ли темная материя на самом деле?
Вспомните теорию эфира. Такие великие умы, как Декарт и Максвелл были уверены в существовании некой вязкой субстанции, по которой летают все звезды и планеты в космосе. Ученые городили сложные схемы, пытаясь объяснить физические процессы через эфир.
Может быть и сейчас просто наши расчеты не до конца верны. И никакой темной материи не существует, а астрофизики просто не учли ряд факторов, которые откроются в будущем. Что ж, ошибки и тупиковые пути тоже полезны – они наталкивают на серьезные открытия и движут науку вперед.