Она везде. Она проходит сквозь вас прямо сейчас. Она держит галактики от разлетания, но мы не знаем, что это такое. Путешествие на передний край науки в поисках того, чего нельзя потрогать.
Представьте, что вы смотрите на вертящуюся карусель. Дети крепко держатся за поручни, но их скорость так велика, что по всем законам физики их должно отбросить прочь. Однако они на месте. Вы делаете вывод: на карусели есть невидимые ремни, которые их удерживают. Такой же «невидимый ремень» скрепляет всю нашу Вселенную. Это — тёмная материя.
1. Призрак, который вычислили по косвенным уликам
В 1930-х швейцарский астроном Фриц Цвикки изучал скопление галактик в созвездии Волос Вероники. Он измерил скорость движения галактик и ужаснулся: они неслись так быстро, что видимой массы скопления не хватило бы, чтобы удержать их гравитацией. Скопление должно было разлететься на части за миллионы лет. Но оно существовало миллиарды. Цвикки предположил: существует невидимая, «тёмная» материя, чья гравитация и есть тот самый клей. Коллеги посчитали его фантазёром. Сегодня мы знаем: он был прав. Тёмная материя составляет около 27% всей массы-энергии Вселенной. Всё, что мы видим — звёзды, планеты, пыль — лишь жалкие 5%.
2. Как «ничего» рисует карту Вселенной?
Мы не можем увидеть тёмную материю напрямую, но можем заметить её гравитационное влияние. Как полицейские находят преступника по отпечаткам, астрофизики ищут тёмную материю по эффекту гравитационного линзирования. Массивный объект (например, скопление тёмной материи) искривляет своим тяготением свет далёких галактик, идущий мимо него. Изучая эти искажения, учёные строят подробнейшие карты «скелета» Вселенной, где тёмная материя — невидимые балки и колонны, на которые нанизаны галактики.
3. Охота на невидимку: детекторы в шахтах и на МКС
Если через вас каждую секунду пролетают мириады частиц тёмной материи, как их поймать? Учёные строят ловушки в самых тихих местах на Земле — на глубине в километры, в старых шахтах и под горами. Там, где их не потревожат обычные частицы. Детекторы — это, например, гигантские ёмкости с жидким ксеноном. Идея: когда редкая частица тёмной материи всё-таки столкнётся с ядром ксенона, это вызовет вспышку света и заряд. Такие события — квинтэссенция науки: годы ожидания одного-единственного, но потенциально революционного сигнала.
4. А если её нет? Возможно, мы неверно понимаем гравитацию
Есть и крамольная альтернатива. Что если Ньютон и Эйнштейн ошибались? Модифицированная ньютоновская динамика (MOND) — теория, предлагающая изменить законы гравитации на космических масштабах, чтобы объяснить вращение галактик без привлечения невидимой материи. Это как если бы вы решили, что на карусели нет ремней, а просто закон центробежной силы работает там по-другому. Пока большинство данных поддерживает гипотезу тёмной материи, но MOND заставляет учёных перепроверять сами основы.
Что в сухом остатке?
Тёмная материя — это величайший детектив Вселенной. Мы знаем, что преступник существует, потому что повсюду видим последствия его деяний: спасённые от распада галактики, искривлённые лучи света, структура мироздания. Но мы не знаем его имени, лица и мотивов.
Это напоминание о том, как мало мы на самом деле знаем. Мы живём в мире, где доминирует нечто невидимое и неосязаемое. И самый амбициозный научный квест нашего времени — это попытка поймать тень.