Что такое темная материя?
Астрономы сегодня обычно верят в существование тёмной материи.
Что такое темная материя? Если бы кто-то знал ответ на этот вопрос, он бы, вероятно, получил Нобелевскую премию по физике.
Да, это большая проблема в современной астрономии и физике. Прежде чем мы сможем ответить на этот вопрос, нам необходимо кратко рассмотреть историю нашего понимания темной материи.
Освещенная масса против динамической массы
Доказательствам наличия темной материи насчитывают более 80 лет. Звезды собираются в большие структуры, называемые галактиками.
Солнце в Галактике Млечный Путь, это скопления из нескольких сотен миллиардов звезд. Астрономы давно поняли, что большие скопления звезд, такие как галактики, следуют соотношению масс-светимости (M / L). Это имеет смысл, потому что больше массы обычно приводит к большему количеству звезд, что, в свою очередь, приводит к большему количеству света. Если мы измерим, насколько ярка галактика, то умножение света на отношение M / L покажет освещенную массу галактики.
Но есть более прямой способ измерения массы галактики. Ускорение силы тяжести зависит от массы, поэтому измерение силы тяжести показывает массу. Так происходит, когда мы взвешиваемся. Процесс взвешивания астрономических тел отличается, но физика такая же. Поскольку орбитальное движение является результатом гравитации, мы можем определить массу путем измерения орбитального движения.
Мы используем орбиту Луны вокруг Земли, чтобы измерить массу Земли. Точно так же мы изучаем орбитальные движения естественных спутников, или лун, других планет, чтобы измерить массы планет. Мы измеряем орбитальное движение планет, чтобы определить массу Солнца. Масса, определенная из орбитального движения, является динамической массой.
Галактики имеют тенденцию существовать в больших скоплениях. Предположительно, галактики в скоплении вращаются вокруг общего центра масс. В 1930-х годах астроном измерил движения галактик внутри скоплений и обнаружил, что динамические массы всегда были больше, чем освещенные массы скоплений.
Несколько лет спустя два других астронома измерили орбитальное движение объектов внутри Галактики Андромеды, ближайшей галактики любого размера, чтобы определить ее динамическую массу. Они обнаружили, что динамическая масса Галактики Андромеды была намного больше, чем ее освещенная
Темная материя против МОНДА
Астрономы в основном игнорировали эту проблему «недостающей массы» в течение полувека. Тем не менее, ряд работ в 1970-х годах по изучению орбитального движения во многих галактиках показали тот же результат - динамическая масса всегда была намного больше, чем освещенная масса, как правило, в 10 раз.
К 1980-м годам астрономы перестали игнорировать эту проблему, поскольку они вступил в борьбу с тем фактом, что большая часть массы вселенной была невидимой. Что это была за темная материя, как ее вскоре назвали?
Было очень ясно, что это не «необычная материя». Вскоре возникли разные теории о том, что экзотические частицы могут составлять темную материю. Были разработаны тесты различных теорий, и результаты опровергли теории. Вывод: большая часть массы вселенной, вероятно, находится в форме материи, состав которой нам ещё не известен.
Некоторые физики нашли эту теорию неправильной, поэтому они выбрали альтернативное решение: изменение базовой физики гравитации. MOND вносит небольшие изменения в работу гравитации.
На небольших расстояниях (менее тысячи световых лет) разница между MOND и традиционной ньютоновской гравитацией не заметна. Но в масштабе галактики разница проявляется. Физики подбирают орбитальные данные из галактик для разработки своей модели MOND. Однако мнение большинства, особенно среди астрономов, состоит в том, что темная материя является правильным решением этого вопроса.
Что было недавно обнаружено?
Недавнее открытие показало, что в соседней галактике NGC 1052-DF2 мало или совсем нет темной материи. NGC 1052-DF2 находится на расстоянии чуть более 60 миллионов световых лет и примерно такого же размера, как Млечный путь.
Однако NGC 1052-DF2 намного слабее, чем Млечный Путь или другие галактики аналогичного размера. Применение отношения M / L показывает освещенную массу, примерно в 200 миллионов раз превышающую массу Солнца.
Орбитальное движение 10 объектов, предположительно шаровых скоплений, создавало динамическую массу, лишь немного большую, чем освещенная масса. Учитывая возможные ошибки, этот результат согласуется с тем, что в этой галактике мало или совсем нет темной материи.
Тем не менее, эта галактика, безусловно, достаточно велика, чтобы МОНД работал, если он верен. Тот факт, что динамическая масса этой галактики согласуется с ее освещенной массой, казалось бы, исключает МОНД как жизнеспособную теорию. Как это ни парадоксально,
Что это значит для нас?
Вопрос о темной материи обсуждается среди физиков и астрономов, но темная материя является доминирующей теорией. Однако среди креационистов гораздо больше скептицизма в отношении темной материи. Почему это?
Это может произойти из-за вызова темной материи в космологии сегодня. Как только астрономы убедились в реальности темной материи три десятилетия назад, космологи поняли, что темная материя является еще одним свободным параметром, которым они могут манипулировать в модели большого взрыва.
Следовательно, некоторые критики большого взрыва рассматривали его как положительное явление. Однако задолго до того, как темная материя использовалась для поддержки большого взрыва, уже были доказательства существования темной материи.
-
