О существовании темной материи ученые догадываются уже около ста лет. Еще в 1930-х годах исследователь Фриц Цвикки заметил странную вещь: скопление галактик в созвездии Девы оказалось каким-то образом связанным вопреки законам физики. Расстояние до него превышает 300 световых лет, однако, несмотря на такое удаление, там творится нечто невероятное!
Проведя серию замеров, Цвикки выяснил, что движение галактик внутри этого кластера аномально быстрое. По расчетам, основанным на известных массах галактик, общая скорость движения объектов должна быть значительно ниже, иначе вся структура давно бы развалилась. Однако она прекрасно удерживалась и продолжает существовать миллионы лет.
Полученные результаты ученый опубликовал, но позже фактически забыл о них, переключившись на споры с коллегами.
Спустя сорок лет астрономы вновь столкнулись с похожими проблемами. Вера Рубин исследовала соседнюю галактику Андромеды. Коллеги женщины считали ее занятия недостаточно серьезными, предлагая заняться лишь второстепенными направлениями.
Между тем именно ей удалось зафиксировать тревожащий факт: звезды в Андромеде вращаются вокруг центра с огромной скоростью, которая никак не соответствует суммарному воздействию видимой материи. Согласно известным физическим теориям, такая система должна была рассыпаться еще сотни тысяч лет назад.
Однако она вполне себе жива и функционирует! Подобное расхождение нельзя списать на случайную ошибку измерения или погрешность расчетов. Речь идет о силе тяжести, превосходящей ожидаемую минимум в пять-десять раз.
Чтобы разобраться в происходящем, Рубин посвятила десятилетия тщательным исследованиям, публикуя одну научную работу за другой. Именно она убедительно доказала, что проблема наблюдается повсеместно и касается абсолютно всех изученных галактик.
Феномен получил название dunkle materie («темная материя») по предложению первооткрывателя Цвикки.
Эти открытия относятся к прошлому веку, но свидетельства продолжают накапливаться. Например, гравитационная линза позволяет оценить массу крупных структур, игнорируя излучающие тела вроде звезд и газа. Один из ярких примеров — знаменитое столкновение двух галактик, известное как Скопление Пули. Здесь видно четкое разделение компонентов системы: горячий межгалактический газ задерживается при столкновении, тогда как сама темная материя свободно проходит сквозь преграды.
Аналогичные наблюдения наблюдаются и в космической микроволновой картине. Ее характеристики невозможны без наличия скрытой формы вещества, способной формировать устойчивые структуры вопреки мощнейшему излучению молодой Вселенной.
Кроме того, развитие крупномасштабных космических структур протекает чересчур стремительно, будто дополнительная сила тяжести постоянно ускоряет процесс. Без учета влияния темной материи наша собственная Галактика Млечный путь едва ли успела бы образоваться.
Таким образом, куда бы мы ни взглянули, везде законы гравитации действуют не так, как ожидалось. Конечно, возможно, наше понимание гравитации нуждается в коррекции, ведь подобные случаи бывали ранее. Проблема в том, что любые попытки скорректировать теорию оказываются неудачными, приводя к противоречиям с другими результатами наблюдений. Даже самые смелые изменения законов требуют наличия дополнительного вида материи.
Так что вывод однозначен: темная материя необходима для объяснения множества феноменов современной астрофизики. А дальше начинается самое интересное — роль первичных черных дыр в истории темной материи.
Итак… в чём дело? На сцену выходит Стивен Хокинг.