Тёмное вещество (материя) в космосе: как мы узнали, что оно существует

В середине XIX века было известно 7 планет - от Меркурия до Урана, движение которых тщательно отслеживалось и изучалось. Уран двигался не совсем так, как предполагалось теорией. Объяснения могли быть разные: от неточностей в законах гравитации до наличия ещё одного крупного тела в Солнечной системе.

Математики Адамс и Леверье предположили справедливость второго, и очень точно рассчитали место, где нужно искать новую большую планету. Оставалось только навести туда телескоп. Немецкий астроном Галле сделал это, и в первую же ночь наблюдений обнаружил Нептун. Который до этого был своего рода тёмным веществом, говорящим и себе лишь гравитационно.

Получается, тёмное вещество - это всего лишь нечто, проявляющее себя косвенно, но пока что не обнаруженное напрямую. У той субстанции, которую мы сейчас подразумеваем под этой фразой, множество наблюдаемых проявлений. Поговорим о двух наиболее ранних и понятных.

Фред Цвикки и скопления галактик

Скопление галактик (слева, получено на космическом телескопе "Хаббл") и Фриц Цвикки (справа)

Для любого небесного тела (а также скопления звёзд и галактик) существует так называемая вторая космическая скорость. Если её достигнуть, то это тело можно (или скопление) покинуть и навсегда улететь в космическое пространство.

Ещё в 1933 году немецкий астроном Фриц Цвикки заметил, что индивидуальные скорости галактик в их скоплениях намного выше второй космической, если учитывать массу видимого вещества. А значит, должно быть что-то ещё. Невидимое, и гораздо более массивное.

Вера Рубин и вращение звёздных островов

Вера Рубин в 1947 году. Изображение Вассарского колледжа

В 1960-х и 1970-х годах американцы Вера Рубин и Кент Форд, работавшие с новым высокочувствительным спектрографом, изучали скорости вращения галактик. Оказалось, что звёзды на периферии галактик движутся намного быстрее, чем ожидалось на основании кеплеровских законов.

Наиболее логичное объяснение - наличие дополнительной невидимой массы. Которой в несколько раз больше, чем видимой.

Реальная скорость вращения галактик (сверху) сильно отличается от прогнозов, сделанных на основании присутствия только видимого вещества (снизу). Источник: Викимедиа

В поисках невидимого

Физики-теоретики разработали десятки моделей для частиц тёмного вещества. В лабораториях всего мира непрерывно ведутся их поиски. Какие-то модели ещё отброшены, какие-то - остаются актуальными.

Проблема в том, что частицы тёмного вещества очень плохо взаимодействуют с привычной материей. Тем не менее, велика вероятность, что в ближайшем будущем они всё-таки будут обнаружены. Перестав быть такими уж тёмными.