Материя - это то, из чего состоит вселенная. Обычная материя, такая как атомы, составляет всего около 15% всей материи во Вселенной. Остальные 85% называются "темной материей" - она невидима, но невероятно важна, т.к. удерживает нашу галактику, Млечный Путь вместе, чтобы все не разлетелось в разные стороны.
Что такое темная материя? Десятилетиями астрономы размышляли над этим вопросом и пытались установить это наблюдениями. Одна популярная теория под названием "холодная темная материя (CDM)" оказалась весьма успешной в объяснении темной материи во Вселенной, но она все еще нуждается в проверке уже внутри нашей собственной галактики. В этом исследовании мы покажем, как компьютерное моделирование может помочь нам использовать потоки звезд в галактике, чтобы определить, верна ли теория CDM.
Что значимо во Вселенной?
С начала 1920-х годов астрономы знают, что наша галактика, Млечный Путь, состоит в основном из звезд, притягивающихся друг к другу под действием силы тяжести. Когда вы смотрите на галактики, с фотографии или через телескоп, вы смотрите на свет этих звезд. В 1970-х годах, когда астрономы внимательно изучали движение звезд в Млечном Пути, они поняли, что звезды движутся слишком быстро. Настолько быстро, что им давно следовало бы улететь из нашей галактики. Это значит, что если бы Млечный Путь был сделан только из звезд, которые мы видим, то он уже должен был развалиться на части!
Поэтому Млечный Путь должен содержать то, что мы не можем видеть, но то, что является достаточно сильным, чтобы удерживать звезды в галактике. Эта невидимая материя теперь известна как темная материя.
Темная материя была и остается головоломкой для ученых на протяжении десятилетий. Чтобы понять, почему она так загадочна, давайте сравним ее с "обычной" материей, которую мы понимаем.
Все, что мы видим и к чему прикасаемся каждый день, состоит из атомов элементов из периодической таблицы Менделеева. Даже звезды состоят из водорода, гелия и других элементов. Из повседневной жизни мы знаем, что обычная материя либо сама по себе светит (например, звезды, лампочки и т.д.), либо отражает свет (например, стены, деревья и т.д.). Обычная материя также может блокировать свет, отбрасывая тени. Необычная темная материя ничего из этого не делает. Она не светит, не отражает и не блокирует свет (так что на самом деле она не "темная", а "невидимая"). Единственный способ распознать ее - это ее гравитация. Именно эта гравитация удерживает звезды в Млечном Пути, чтобы они не вырвались во Вселенную.
Возможно, самая большая головоломка заключается в том, что здесь и там есть не просто маленькие кусочки темной материи, которые мы можем не замечать. За последние 30 лет или около того, научные наблюдения показали, что вся Вселенная заполнена темной материей.
На самом деле, только около 15% всей материи во Вселенной - это обычная материя, а остальные 85% - темная материя.
Таким образом, Вселенная в основном заполнена некой материей, которую мы не понимаем! Темная материя - одна из самых больших исследовательских проблем в астрономии на сегодняшний день. Ответ на вопрос "что такое темная материя?" может быть вознагражден Нобелевской премией.
Поиск ключа к темной материи
Одним из первых шагов научного метода является выдвижение гипотезы. Это обоснованная догадка, которая делает прогноз. Предсказание должно быть проверено, чтобы увидеть, является ли предположение правильным или неправильным. Прогноз должен быть проверен экспериментами или наблюдениями, чтобы понять, является ли эта догадка правильной или ошибочной. Например, известная гипотеза заключается в том, что скорость, с которой объект падает на землю, не зависит от массы этого объекта. Эта гипотеза предсказывает, что если в вакууме (без сопротивления воздуха) одновременно уронить молоток и перо с одной и той же высоты, то они должны удариться о землю в одно и то же время. Чтобы проверить это, астронавт на самом деле пытался сбросить молоток и перо, стоя на Луне, и он показал, что они действительно ударились о землю одновременно. Это доказательство того, что гипотеза была поистине верна.
В теории CDM есть гипотеза, которая предсказывает, что группы галактик будут организовываться в некие структуры. Проведя годы наблюдений за галактиками, астрономы обнаружили, что группы галактик организованы почти в точности так, как это предсказывает гипотеза в теории CDM...
Продолжение следует...
