Семена галактик были посеяны во младенческой Вселенной в виде небольших возмущений в средней плотности материи и излучения. Эти семена, скорее всего, возникли из квантовомеханических флуктуаций в неизвестном первичном поле, которое доминировало в массовом балансе Вселенной в течение крошечной доли секунды после Большого взрыва.
Семена росли со временем благодаря притягательной природе гравитации. В среднем Вселенная расширяется, но области, плотность которых выше средней, гравитационно связаны. Их расширение сначала замедляется, затем останавливается и превращается в локальное сжатие (миниатюрный Большой Крах), что приводит к формированию устойчивых объектов, таких как галактики.
Область, которая коллапсировала, образовав Млечный Путь, содержала около триллиона солнечных масс, 85% из которых приходилось на тёмную материю, а 15% — на обычную материю, из которой мы состоим. Поскольку жизнь на Земле вращается вокруг взаимодействий с людьми и материальными объектами из обычной материи, тёмную материю обычно считают чем-то эзотерическим и не имеющим отношения к нашей повседневной жизни. Но на самом деле, без тёмной материи Солнце, Земля и жизнь, какой мы её знаем, никогда бы не существовали. Позвольте объяснить.
Материя, из которой сформировался Млечный Путь, происходила из области пространства размером около шести миллионов световых лет в современной Вселенной. С учётом космического расширения эта область была меньше, а плотность материи в ней — больше на ранних этапах. Изначально отклонения плотности в этой области относительно космического среднего значения были небольшими. Но через несколько миллиардов лет область начала сжиматься, а затем окончательно коллапсировала, образовав галактику Млечный Путь.
Этот процесс не мог бы произойти без тёмной материи. Если бы Вселенная содержала только обычную материю, начальное плотностное возмущение, из которого образовался Млечный Путь, было бы рассеяно. Это связано с тем, что обычная материя была тесно связана с излучением первые 400 тысяч лет после Большого взрыва. На более ранних этапах космической эволюции излучение доминировало в массовом балансе Вселенной и подавляло гравитационный рост возмущений, поскольку скорость света значительно превышала скорость убегания из гравитационных ям возмущений. Но как только Вселенная охладилась ниже 3000 градусов Кельвина, и нейтральные атомы водорода образовались из свободных электронов и протонов, обычная материя отделилась от излучения.
Во время этого процесса отделения плотностные возмущения обычной материи были сглажены за счёт диффузии фотонов, которые устранили вариации плотности на галактических масштабах. Однако тёмная материя не была связана с излучением, поэтому сохранила память о начальных плотностных возмущениях на масштабах галактик. Эти возмущения начали расти под воздействием собственной гравитации, как только материя стала доминировать в массовом балансе Вселенной, примерно через 50 тысяч лет после Большого взрыва.
Когда атомы водорода сформировались, обычная материя стала электрически нейтральной и больше не была связана с излучением так, как были связаны заряженные электроны и протоны на более ранних этапах. Затем нейтральная обычная материя начала падать в гравитационные ямы, созданные тёмной материей, и в итоге оказалась в регионах, которые позже коллапсировали в галактики за миллиарды лет.
Давайте проясним: если бы тёмная материя не существовала, Млечный Путь — со звёздами, подобными Солнцу, и планетами, подобными Земле, — никогда бы не сформировался. Земная жизнь расцвела благодаря тому, что тёмная материя сохранила память о начальных возмущениях на масштабе Млечного Пути. Мы обязаны своим существованием тёмной материи.
На ужине этой недели в Американской академии искусств и наук блестящий математик Марк Кисин спросил меня, исключают ли последние открытия первых поколений галактик телескопом Уэбба стандартную космологическую модель. Я ответил, что наблюдаемые расхождения можно объяснить корректировками моделей раннего звездообразования, которые гораздо менее определённы, чем детали фоновой космологической модели.
Марк заметил: «Модели физики — это форма искусства». Я кивнул и добавил: «Наши модели часто включают предположения и приближения, поскольку они стремятся запечатлеть суть физической реальности, как мазки кисти художника, который не может соперничать с разрешением реальности или даже фотографии».
Даже самые мощные компьютеры, доступные нам, имеют ограниченное разрешение и вынуждены использовать упрощённые предположения о физике на субмасштабах. Единственный способ достичь “Божьего разрешения” для изучения космоса — это выяснить, как создать новую Вселенную и сделать это в лаборатории. Опыт рождения новой Вселенной будет куда богаче всех книг во всех библиотеках на всех планетах, существующих во Вселенной».
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь пожалуйста на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos