Темная материя – это форма материи, не вступающая во взаимодействие с электромагнитным излучением. То есть, в отличие от обычной или барионной материи, она не поглощает, не отражает и не излучает свет, что делает ее обнаружение чрезвычайно тяжелым. Исследователи делают вывод о ее существовании благодаря гравитационным эффектам, которые она оказывает на видимое вещество.
Темная энергия — это форма энергии, равномерно распределенная во Вселенной и способствующая ее ускоренному расширению. Это ускорение можно измерить наблюдениями, основанными на законе Габбла: галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию до них. Такие измерения вместе с другими научными данными позволили подтвердить существование темной энергии и дать оценку ее количества во Вселенной, однако ученые все еще знают о ней мало. Поэтому определение «темное» для описания этого явления употребляется в понятии «неизвестное, загадочное». Темная энергия обладает рядом необычных свойств: неизменяемая по времени постоянная плотность, а также отрицательное давление, из-за чего она переживает антигравитацию, то есть «расталкивает» сама себя.
Обычная материя составляет менее 5% всей массы Вселенной, на темную материю приходится около 25%, а на темную энергию около 70%.
Есть ли частицы, из которых состоит черная материя?
Барионная материя состоит из протонов, нейтронов и электронов, объединенных в атомы. Темная материя может быть барионной или небарионной.
В случае, если она барионная, это означает, что часть эффектов, которые мы приписываем темной материи, на самом деле создает обычная барионная материя, почти не излучающая электромагнитные волны, поэтому ее трудно зафиксировать. Это могут быть так называемые массивные астрофизические компактные объекты гало, которые на английском звучат гораздо эффектнее – MACHO (massive astrophysical compact halo object). К ним могут относиться тусклые коричневые карлики, нейтронные звезды, черные дыры или планеты-сироты, не привязанные гравитационно ни к одной звезде. Впрочем, даже если часть темной материи действительно барионная, объяснить всю ее таким образом невозможно.
Относительно небарионной темной материи есть несколько предположений. Самыми главными кандидатами в частицы темной материи являются вимпы или слабо взаимодействующие массивные частицы (Weakly Interacting Massive Particles, WIMPS). Их масса должна быть в десятки или даже в сотню раз больше массы протона и они почти не проявляют себя при взаимодействии с обычным веществом. Как и нейтрино, эмпы участвуют только в двух из четырех фундаментальных взаимодействий Вселенной: гравитации и слабом ядерном взаимодействии, отвечающем за распад радиоактивных атомных ядер. Эти частицы темного вещества должны быть электрически нейтральными, то есть не будут взаимодействовать с электромагнитным излучением, и будут оставаться невидимыми. Поиски вимпов ведутся уже несколько десятков лет, но пока не принесли результатов.
Гипотетические стерильные нейтрино могут быть частицами темной материи. Нейтрино — это частица, которая движется со скоростью света, не имеет заряда и участвует только в гравитационном и слабом ядерном взаимодействии. Нейтрино способно проходить даже сквозь жесткие тела, не влияя на них. Его гипотетический особый тип, стерильное нейтрино, должен вступать только в гравитационное взаимодействие. Поисками такой особенной частицы занимается проект IceCube. Это нейтринная обсерватория, расположенная под льдом на антарктической станции. Она ищет стерильные нейтрино, прошедшие Землю насквозь, но пока эксперименты не обнаружили никаких следов таких частиц.
Еще одними кандидатами в частицы темной материи являются аксионы. Если они существуют, то их масса должна быть в миллион или даже миллиард раз меньше массы электрона. При таких низких массах они имели бы огромную плотность в ранней Вселенной. В результате аксионы могут вести себя скорее не как частицы, а как поля, что приведет к гравитационным эффектам, необходимым для объяснения темной материи. Эти гипотетические частицы также могут решить еще одну известную физическую проблему: их потенциальное взаимодействие с нейтронами объяснит, почему они могут ощущать магнитные поля, но не электрические. В июне 2020 г. участники эксперимента XENON1T объявили, что зафиксировали особый сигнал, который можно объяснить наличием аксионов. Но результаты эксперимента еще предстоит подтвердить. Даже если исследователи действительно зафиксировали эти частицы, нужно доказать, что они имеют отношение к темной материи.
Счастья всем, здоровья и побольше полезных знаний.Это сила.
Ваш юрист и патентовед Кузнецова Ольга Владимировна – ЛоКува.
#космос, #черная материя, #частицы темной материи, #аксионы,#форма энергии