Тёмную материю принято считать «каркасом» вселенной. Её основой. За видимой структурой из сияющих галактик и многократно превосходящих галактики массой облаков разреженного, но всё-таки наблюдаемого межгалактического газа, скрывается некая незримая конструкция, связывающая и поддерживающая обычную материю гравитационными стропилами. Тёмная материя образует оси, вокруг которых вращаются шестерни космологического механизма. Без неё он работать не может.
...Для начала о том, почему не может, и зачем данную сущность потребовалось ввести. Причиной, — по идее, общеизвестной, но просто на всякий случай, — стала избыточная скорость движения звёзд в составе галактик. Солнца, кстати, в том числе. Наше светило также несётся по орбите вокруг центра Млечного Пути слишком быстро. Светимость звезды является функцией её массы, что позволяет на основании общей светимости оценить и массу галактики. И такие оценки показали, что при одной лишь «видимой» массе скорость звёзд окажется выше «второй космической». Сияющие потоки должны выплеснутся из гравитационной ямы галактики. Но этого не происходит. Значит, яма значительно глубже, чем может «выдавить» обычное вещество.
Слово «тёмный» в астрономии означает лишь «не излучающий». Негативного или мистического оттенка данный термин не имеет. Так что, к тёмной материи в широком смысле относится всё, кроме звёзд главной последовательности. Например, Земля — не излучает, а лишь отражает свет, и значит, состоит из тёмной материи. К тёмной же материи относятся газ, пыль, чёрные дыры, нейтронные звёзды и даже бурые карлики. Последние, вообще-то, звёзды, и как положено звёздам — светят, но так слабо, что их излучение при оценке массы галактики не учитывается.
...Просуммировав всё понятное, но не светящее, астрономы, однако, убедились, что тёмная материя — нечто иное, нежели совокупность газа, прогоревших звёзд и планет. Собственно, суммарный вклад всего перечисленного в невидимую массу так мал, что обычно под «тёмной» подразумевается только экзотическая — не барионная — материя. О том, что это значит, речь пойдёт чуть ниже. Пока же нужно отметить, что идея не наблюдаемой массы астрофизиков в восторг не привела. Как изучать то, что не видно?
Альтернативные варианты, такие, например, как более сложное, чем падение пропорционально квадрату радиуса, изменение силы гравитационного взаимодействия с расстоянием, были рассмотрены. И это считая лишь альтернативу в научном, а не антинаучном понимании. Однако, не получалось. Именно наблюдения выявили не единичные случаи, когда центр масс галактики находится за пределами ядра — зоны максимальной плотности звёзд, а значит и скопления видимого вещества. Нашлись и галактики, пусть карликовые, но такие, в массе которых «тёмная» составляющая была мала, либо вообще отсутствовала. Очевидно, если б проблема заключалась в методике измерений или понимании гравитационного взаимодействия, взаимоотношения всех галактик с «виртуальной», существующей лишь как ошибка в расчётах, темной материей оказалось бы одинаковым. А оно было разным. Даже индивидуальным. Так могло быть, только если тёмная материя реальна.
Теперь об «не барионном» веществе. Барионы — это протоны и нейтроны из которых состоит обычная материя. Причём, нейтроны в свободном состоянии нестабильны, а протоны способны к электромагнитному взаимодействию. Тёмная же материя не только не излучала, но и не отражала, и не поглощала свет, а также не оказывала сопротивления движению тел. В противном случае видимая картина вселенной выглядела бы совершенно иначе. То есть, эта субстанция взаимодействовала с обычной материей только гравитационно.
Следствием данного вывода стала длительная черед попыток определить массу нейтрино. Массу покоя. Ибо нейтрино, образующиеся как отход в ядерных и термоядерных реакциях, стабильны, копятся во вселенной с начала времён, и число этих частиц ныне соотносится с числом барионов, как миллиард к одному. Нейтрино, столь неуловимые, что даже Земля не является препятствием для них, были бы идеальными кандидатами на роль тёмной материи. Но по условию задачи, частица в составе гравитационной линзы должна двигаться по своей орбите не быстрее звёзд. Иначе, она покинула бы галактику. А при таких скоростях релятивистская составляющая массы близка у нулю. Учитываться может только масса покоя.
Попытки определить массу покоя нейтрино привели к выводу, что она, видимо, есть. Но и не более того. Масса нейтрино так мала, что, хотя облака этих частиц и являются компонентом тёмной материи, вклад нейтрино в общую «тёмную массу» пренебрежимо мал. Другие известные частицы также по тем или иным причинам не подходили.
...В настоящий момент считается, что тёмная материя состоит из вимпов. Название данных частиц представляет собой аббревиатуру Weakly Interacting Massive Particle и переводится, просто как «слабо взаимодействующая массивная частица». О происхождении и свойствах этих частиц ничего неизвестно. Кроме вышеуказанного: они способны лишь к слабому и гравитационному взаимодействию, а также обладают большой массой покоя. Теория не предсказывает существования таких частиц. Ни в каких представимых ядерных реакциях они рождаться не могут. Но и события планковской эпохи — момента Большого Взрыва теория описывает лишь приблизительно. Предполагается, что вимпы появились тогда.
Работы с целью регистрации вимпов, экспериментального подтверждения их существования и определения хоть каких-то особенностей ведутся, но далеки от завершения. Ведь по условию задачи вимпы неуловимы, как нейтрино, но при этом имеют ничтожную (для частицы) скорость — около 300 км в секунду. Интерпретация же наблюдения затруднена тем, что какие-либо характеристики гипотетических кирпичиков тёмной материи неизвестны. А значит, не слишком понятно, какая из реакций в детекторе может быть спровоцирована вимпом, а какая нет.