Что на сегодня известно о так называемой Тёмной материи?

Космос, огромный и загадочный, управляется силами, которые озадачивали ученых на протяжении веков. Одной из таких загадок является неуловимое присутствие темной материи. В стремлении постичь фундаментальную природу Вселенной существование темной материи оказалось незаменимой частью понимания космических структур и самой ткани пространства-времени.

Как выглядит то, что нельзя увидеть?

По своей сути темная материя не излучает, не поглощает и не отражает свет, что делает ее невидимой для традиционных методов наблюдения. О её существовании косвенно можно судить по гравитационному воздействию на видимую материю, такую как галактики и скопления галактик. Исторический путь к признанию присутствия темной материи восходит к началу 20-го века, когда астрономы начали замечать аномалии в наблюдаемом движении небесных объектов.

Какие доказательства?

Традиционные модели Вселенной и законы, управляющие небесными объектами, сталкиваются с рядом несоответствий, которые указывают на существование темной материи. И их довольно много, я разберу несколько самых красочных

1. Кривые вращения Галактик

В галактиках звезды и газ на внешних краях вращаются с неожиданно высокими скоростями. Согласно классической механике, внешние области должны двигаться медленнее из-за уменьшения гравитационного воздействия.

Однако наблюдения указывают на плоскую кривую вращения, предполагающую наличие невидимой массы, то есть темной материи.

Кривая вращения типичной спиральной галактики: предсказанная (A) и наблюдаемая (B)

2. Гравитационное линзирование

Гравитационная линза — это массивное тело (планета/звезда/галактика/скопление галактик/...), которое своим гравитационным полем изменяет путь света, проходящего вокруг него.

Схематическое изображение лучей в гравитационной линзе

Главная ценность гравитационного линзирования в том, что оно дает информацию не только и не столько о наблюдаемом объекте, изображение которого искажается линзой, сколько о самой линзе, её свойствах и параметрах.
Главной ценностью этого феномена является не информация о наблюдаемой объекте, который искажается самой линзой, а нечто другое.

Крест Эйнштейна — четыре изображения далёкого квазара обрамляют близкую галактику, служащую в данном случае гравитационной линзой. Красота... Но при чём тут тёмная материя?

Имея такое изображение, мы можем получить информацию о самой линзе, её свойствах и параметрах. Различают сильное и слабое линзирование.

При сильном влияние линзы настолько велико, что изображение наблюдаемого через линзу объекта расщепляется на несколько изображений как в случае с Крестом Эйнштейна. Но бывают и другие формы.

«Космическая подкова» — гигантская эллиптическая галактика, линзирующая карликовую галактику

Имея изображение, прошедшее через «сильную» линзу, мы можем восстановить массу её центральной части. Но влияние массы видимой части линзы может не соответствовать её силе. Следовательно, мы можем предположить наличие тёмной материи в самой линзе.

3. Наблюдения за скоплением галактик Пуля:

Скопление Пуля представляет собой систему сталкивающихся галактик, и наблюдения показывают, что видимая материя (галактики и горячий газ) ведет себя иначе, чем гравитационное распределение массы. Темная материя, похоже, прошла через столкновение незатронутой, в то время как видимая материя взаимодействовала и замедлялась. Это разделение поддерживает идею темной материи как отдельной формы.

Рентгеновское изображение (розовый цвет) совместно с изображением в видимом свете (галактики), распределение массы вычислено из данных о гравитационном линзировании (синий цвет).

Каков итог?

Согласно самой современной стандартной космологической модели Модель Лямбда-CDM, примерно 26,8% всей массы во вселенной занимает именно тёмная материя.
Но её прямое обнаружение по сей день является нерешаемой задачей, а природа остаётся загадкой...