Как известно, тёмная материя, масса которой в галактиках на порядок превосходит массу обычного – адронного – вещества, обладает свойством вызывать сильную ненависть. Многим даже кажется, что эту неуловимую и тёмную во всех смыслах сущность выдумали специально, чтобы запретить такой простой и понятный эфир. Как минимум, это касается людей, что словом «эфир» именуется, не знающих.
А значит, есть смысл обратиться к истории открытия тёмной материи.
История же это давняя. Ещё в 1933 году американский астроном Фриц Цвикки, наблюдая за шестью сотнями галактик в скоплении Кома, расположенном в 300 млн световых лет от Млечного Пути в направлении созвездия Волосы Вероники (Coma Berenices), обнаружил, что масса этого скопления, определенная исходя из скорости движения галактик вокруг общего гравитационного центра (так называемая динамическая масса), в 10 раз больше массы, вычисленной на основании оценки светимости звезд. С такой же нехваткой массы в галактическом кластере Вирго тремя годами позже столкнулся и астроном Синклер Смит. Столь серьезное расхождение было невозможно объяснить погрешностью расчетов, поэтому ученые пришли к заключению, что Млечный Путь и некоторые спиральные галактики содержат несветящееся вещество, масса которого значительно превышает массу звезд. Это «невидимое» вещество Цвикки в 1933 году и назвал “темной материей”.
...Как объясняла наука существование тёмной материи в первой половина прошлого века? А никак не объясняла. Собственно, в тот момент астрономы не видели в существовании тёмной материи решительно никакой проблемы. Наиболее очевидным объяснением избытка массы являлись газ, пыль, планеты, чёрные дыры и прочее не светящее (хотя, и тусклые звёзды также могли считаться), но вполне обычное вещество. Наличествующие на тот момент знания такому объяснению не противоречили.
Ситуация начала меняться лишь после того, как в 1970 году астрономы Вера Рубин и Кент Форд опубликовали результаты измерений скоростей звезд и газовых облаков крупной спиральной галактики М31 — туманности Андромеды. Против всех ожиданий оказалось, что вдали от ее центра эти скорости примерно постоянны. Через несколько лет они получили аналогичные данные для десятков спиральных галактик, а вскоре их подтвердили и другие исследователи.
Дело в том, что скорость планеты, обращающейся вокруг одиночной звезды, обратно пропорциональна квадратному корню из радиуса ее орбиты — следовательно, с расстоянием она монотонно убывает. Это связано с тем, что сила тяготения звезды убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, а других источников тяготения в этой системе нет. Основная масса галактики, напротив, приходится на звезды и газовые скопления, находящиеся на приличных дистанциях от ее ядра. Поэтому скорости внутригалактических объектов по мере удаления от ядра должны возрастать, достигнуть максимума, а затем убывать до очень малых значений. Вот этого как раз обнаружить и не удалось: после прохождения максимума скорости уменьшались, однако к нулю не стремились. Объяснить уже не скорости галактик в скоплениях, а скорости звёзд в галактиках, можно было только поместив галактику в невидимую, но массивную линзу.
...И это уже не мог быть газ, поскольку средства наблюдения улучшились в такой мере, что газ или пыль – как препятствия на пути света – были бы видны. Это не могли быть также, допустим, чёрные дыры, поскольку такое количество массивных объектов в галактиках привело бы к образованию огромного количества кратных звёздных систем, одной и компонент которых была бы чёрная дыра… Такие системы найдены, но их мало. Не больше, чем предсказывает теория связывающая количество родившихся звёзд и чёрных дыр.
Не выдержало критики и предположение, что «тёмная материя» – иллюзия, связанная с неполным пониманием нами законов тяготения. Ибо закон, как известно, для всех один, а избыток массы разнился от галактики к галактике – в некоторых даже отсутствовал. Наконец, попадались галактики, в которых центры масс видимой и тёмной материи не совпадали.
...О чём речь? О том, что современные представления о тёмной материи, как о скоплении массивных, но способных лишь к гравитационному и слабому (как нейтрино) взаимодействию неизвестных частиц (вимпов), сложились не сразу, а лишь после рассмотрения и опровержения всех прочих возможных объяснений. Если вселенная оставила малейший шанс объяснить наблюдения без вимпов – так и сделали бы. Но просто не получилось.
