Здравствуйте!
Сегодня в эфире шоу "Алёна и физика", или - "Посиделки с диванным экспертом".
А поскольку наш эксперт (я, то есть), не только в области физики эксперт, а в каких ещё областях пусть не эксперт, но - специалист...
Прошу прощения.
Опять меня куда-то понесло (вот в этом я точно - эксперт!!!)
Давайте начнём, но сначала предлагаю ознакомиться с терминологией.
Очень кратко.
Вимп, аксион, чёрная дыра - или чёрный карлик?
Тёмная материя - гипотетическая форма материи, составляющая 85% массы и 26% совокупной массы-энергии Вселенной. Из четырёх взаимодействий участвует лишь в гравитационном и слабом.
Вимп (WIMP) - слабо взаимодействующая массивная частица. Придумана специально для тёмной материи, с тех пор её "ищут пожарные, ищет милиция" - но найти никак не могут.
Что-то, конечно, находят. Но гарантии, что это вимпы, никто не даёт.
Первичные чёрные дыры. Чёрные дыры, образовавшиеся на раннем этапе эволюции Вселенной, ещё до формирования галактик, и, ввероятно - до образования звёзд. Тоже возможные кандидаты на роль "частиц тёмной материи", и их тоже пока не могут обнаружить в достаточном количестве.
Чёрные карлики. В перспективе - в чёрный карлик превратится Солнце - и любая звезда первого поколения с массой, недостаточной для гравитационного коллапса и образования чёрной дыры или пульсара. После того, как минует стадию красного гиганта, станет белым карликом, а тот окончательно остынет... Проблема в том, что для образования чёрных карликов в достаточном количестве Вселенная должна быть в несколько раз старше. И, соответственно, больше - чего не наблюдается.
И, наконец, самое интересное - аксион.
Тоже гипотетическая частица, ещё и бозон (переносчик взаимодействия) к тому же.
Интересен он тем, что роль кандидата на частицу тёмной материи вовсе не главная его роль.
Основная задача аксиона - объяснить нарушения симметрии, наблюдающиеся при слабом взаимодействии. Если кратко и без подробностей - в начале Бытия, традиционно именуемом как Большой Взрыв, материя и антиматерия должны были образоваться в равных количествах, сразу аннигилировать и породить Вселенную, состоящую из одних лишь фотонов. Однако Вселенная состоит не только из фотонов, стало быть - симметрия была нарушена. Потом вроде бы всё устаканилось, особенно когда Ландау предложил объединить С- и Р- симметрию в СР-симметрию - но выяснилось, что, соблюдаясь при сильном и электромагнитном взаимодействии, СР-симметрия может быть нарушена, и нарушается - при слабом. Поэтому пришлось срочно вводить ещё и S-симметрию, придумывать соответствующее поле, и соответствующую полю частицу - аксион. А поскольку в момент Большого Взрыва должно было образоваться огромное количество аксионов, они вполне могут быть ещё и частицами тёмной материи.
Теперь их ищут так же активно, как и вимпы, и так же не могут найти на все 100%. И с вершин моего дивана видится, что вимп мало-помалу сдаёт позиции, а аксион, наоборот - усиливает.
А теперь - само шоу!
Почему материя - тёмная, и почему не получается обойтись обычной
Давным-давно, в Древней Греции, глядя в звёздное небо, человек задумался об устройстве Вселенной вообще, и соотношении масс в ней - в частности.
Спустя пару-тройку тысячелетий выяснилось, что в нашей родной звёздной системе 99,9% массы приходится на саму звезду, а на планеты и прочую мелочь типа астероидов и пояса Койпера - десятые и сотые доли процента. Вот это, собственно, и есть "тёмная", то есть - неизлучающая материя Солнечной системы. Сущая мелочь по сравнению с излучающей.
Слегка отойдя в сторону - внесистемный мусор, если даже его окажется больше в десятки и сотни раз составит сотые или тысячные доли процента от массы Солнца, что, как понимаете, на само Солнце влияет примерно никак. А вот для нас это важно - может статься, из глубин космоса явится какая-нибудь дрянь размером с Фобос, и жахнет прямиком по Земле... Солнцу же, повторюсь, даже если этот мусор заявится в полном составе - дел на пару протуберанцев. Или даже одного хватит.
Логично было бы предположить, что в других звёздных системах Млечного пути дело с распределением масс обстоит примерно так же, ну и, примерно так же оно и оказалось, согласно наблюдениям. Всё оно крутилось, вращалось друг вокруг друга, и превосходно укладывалось в Закон всемирного тяготения - в галактическом диске.
А вот на периферии творилась какая-то чертовщина.
Звёзды и шаровые скопления двигались слишком быстро, гравитация, ослабленная расстоянием (квадратичная зависимость ведь!), не могла их удержать - но удерживала. И как тут быть?
Скорректировать закон всемирного тяготения не представлялось возможным, как раз из-за расстояний. Тем более, что в некоторых галактиках творилась такая же чертовщина - а в некоторых нет... что, в каждой галактике свой закон всемирного тяготения?
Объяснить подобные странности наличием межзвёздного вещества тоже не получалось - газопылевые облака и туманности, либо не успевшие собраться в новую звезду, либо, наоборот, только что образованные взрывом очередной сверхновой обнаруживались, регистрировались - но их было слишком мало.
Поэтому следующим предположением стало то, что помимо звёзд, планет и межзвездного вещества в галактике существует ещё какая-то масса - а находить невидимые массивные тела по гравитационному воздействию, которое они оказывают на тела видимые (а также вычислять их траекторию и определять массу), люди научились ещё исследуя окраины Солнечной системы.
Эта масса не могла находиться в галактическом диске, ведь тогда она оказывала бы влияние на звёзды и наблюдаемая картина была бы иной. Значит, она сконцентрирована в гало галактики - и её там очень много, в несколько раз больше, чем видимой материи в диске.
И вот если предположить, что это обычная, барионная материя - сразу появляется несколько "сов", которых нужно натянуть на глобус.
Первая - плотность материи в гало такая же, а то и больше, чем в диске - почему в диске идёт звездообразование, а в гало - нет?
Специфические условия, из-за которых звёзды в гало существовать не могут сразу отбрасываем, поскольку там существуют шаровые скопления.
Гравитационному коллапсу может препятствовать высокая температура вещества - частицы движутся слишком быстро и вырываются из притягивающих их друг к другу лапок тяготения - но в этом случае вещество само по себе излучает, и гало должно светиться.
Главная же "сова" - газопылевое облако такой массы и плотности, окутывающее Млечный путь, просто обязано поглощать и отражать излучение от, скажем так, "внешних источников", других галактик.
Простым языком - мы бы ничего не видели за пределами Млечного пути, наблюдаемая Вселенная ограничивалась одной галактикой, и никакой "Хаббл" или "Уэбб" не смог бы через эту завесу пробиться.
Вот отсюда и родилась идея тёмной материи, которая не участвует в электромагнитном взаимодействии.
Тоже "сова", конечно, но, по крайней мере, одна.
И я бы не сказала, что астрономы и астрофизики от тёмной материи прямо таки в восторге - но другие объяснения ещё хуже.
P.S. Возможно, кто-то скажет, что я написала ерунду.
А я на это отвечу:
- У меня диван, и я с него так вижу!!!
P.P.S. Наверно, нужно было сказать несколько слов о поколениях звёзд - но надо ведь и на следующий выпуск что-то оставить?
А что касается симметрии - ну, тут парой слов не обойдёшься...
Алёна ©