Астрофизики, возможно, на шаг приблизились к пониманию сути Вселенной – вроде бы определили, из чего же состоит загадочная темная материя, преобладающая в ней. Похоже, что она состоит из аксионов – едва ощутимых, но все-таки «весомых» частиц, которые образовались в первые мгновения после Большого взрыва, сохранились до сих пор, но каким-то образом хорошо где-то прячутся.
О природе темной догадались Альфред Амрут (Alfred Amruth) из Университета Гонконга (University of Hong Kong) с коллегами. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Темные крохотули – аксионы - примерно в 10 миллиардов раз легче электронов. И тоже обладают волновыми свойствами.
ТЬМА ТЬМУЩАЯ
Как ни удивительно, но «обычной» материи – той, из которой состоят звезды, планеты, кометы, астероиды, пыль, газ, да и все мы - во Вселенной сущий мизер. Жалкие 4,9 процента от ее массы. Остальное – какая-то загадочная субстанция, 26,8 процентов которой якобы состоит из так называемой темной материи. Темной – потому, что её не видно и не слышно, традиционными человеческие приборы на неё не реагируют. Поэтому понять, что же из себя представляет темная материя, пока не получается. Несмотря на все усилия и попытки представителей лучших умов человечества, которые (не все, но многие) тем не менее убеждены, что она есть.
Убеждение основано главным образом на наблюдаемом недоразумении: у видимого – «обычного» вещества галактик - одна масса, а ведут они себя - те же самые галактики – так, будто бы весят во много раз больше. Чуть ли не в 10 раз. От этого не просто разбегаются, а разбегаются с ускорением. Гравитация, которой проявляет себя темная материя, и дает надежду понять её природу.
ПОД ЛУПОЙ
Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна – гравитация должна искривлять ткань пространства-времени. На практике именно так и происходит: свет отклоняется, проходя мимо массивных галактик. Иной раз, когда астрономы смотрят на какую-нибудь далекую галактику, то видят еще более далекие галактики позади нее. Порой в нескольких экземплярах. Но в искаженном виде. Такое искажение света и называется «гравитационным линзированием». При этом перед наблюдателями появляется «гало» – световое окружение. Свет, размазанный «линзой». Или - «кольцо Эйнштейна». Ученые нашли один из таких объектов - под названием HS 0810+2554. Его изображение несколько лет назад получил космический телескоп Hubble.
Темная материя своей гравитацией влияет и на «линзу», и на «гало». И по разумению ученых, тем самым дает представление о самой темной материи. Они проверяли две – довольно популярные – гипотезы. По одной из них, темная материя состоит из относительно тяжелых вимпов - слабо взаимодействующих массивных частиц (weakly interacting massive particles - WIMPs). По другой гипотезе, частицы темной материи – невероятно легкие аксионы (axions).
Предположения исключительно теоретические и спорные: не те, ни другие частицы пока не обнаружены.
АКСИОНЫ – ЭТО ВОЛНЫ
Согласно расчетам, тяжелые вимпы вели бы себя как дискретные частицы, а легкие аксионы должны были бы демонстрировать волновые свойства в силу квантовых эффектов – квантовой интерференции.
Ученые провели компьютерное моделирование, допустив сначала, что темная материя состоит из вимпов, а потом, что из аксионов. Сравнив полученные результаты с реальными изображениями объекта HS 0810+2554, авторы увидели, что вимпы совсем не годятся, а вот модель, подразумевающая аксионы, подходит идеально. Из чего и был сделан вывод: темная материя скорее всего состоит из аксионов, в которых преобладают волновые эффекты.
Кстати, аксионы числятся кандидатами в частицы темной материи уже примерно 40 лет. Последний раз их считали главными претендентами на эту роль в прошлом году - по результатам моделирования, которое провели физики нескольких ведущих университетов США. Нынешнее исследование – еще один довод в пользу аксионов.
Автор: Владимир ЛАГОВСКИЙ