Пуста ли Вселенная за пределами нашей земной атмосферы? Конечно нет. С древности человек наблюдал звёзды и планеты, сначала невооружённым глазом, затем в телескопы разной мощности. Были открыты звёздные галактики, построена модель эволюции Вселенной – от знаменитого Большого взрыва. А ещё в космосе носятся метеориты.
Учёные умеют определять химический состав далёких звёзд и атмосфер планет. Совсем не обязательно лететь туда и брать пробу в пробирку. Как и во вполне «земных» случаях, главный метод здесь – спектрометрия. Каждому элементу соответствуют линии на спектре. По соотношениям атомов в молекуле можно видеть и более сложные вещества: воду, метан. Сложнее с определением состава самой планеты. Тут подключаются соображения из области механики: по скорости и траектории пытаются определить плотность планеты. Если в среднем плотность как у металла, можно предположить, что и ядро металлическое, как у нашей Земли. А если как у пенопласта, может это и не планета больше, а газовый гигант – огромный, заполненный гелием, шарик. Иногда звезда светит слишком ярко, и приходится отыскивать на её фоне затерявшуюся планету – это называется коронарографией.
Всё это к тому, чтобы проиллюстрировать принцип: нам видно то, что светится, а у того что светится мы можем определить возраст, дальность, химический состав… Одним словом, «загадки» для науки далёкие звёзды не представляют. Хотя конечно учёные занимаются и ими, вносят в каталоги, выявляются сложные случаи вроде «двойных затменных звёздных систем», когда одна звезда перекрывает другую – такой тематикой заняты уральские астрономы.
(Кстати, одна из самых знаменитых обсерваторий в мире находится в Коуровке, севернее Екатеринбурга, и туда можно попасть на экскурсию!)
Но всё это, как говорится, рутина, дело техники. Понятно, что искать, понятно где, важно вовремя внести данные в каталог.
Тёмная материя – наоборот всё то, что мы НЕ видим и ничего об этом НЕ знаем.
И не то, чтобы проблема была в мощности телескопов. Просто видимые в телескоп объекты, вполне «привычные» начинают вести себя не так как им положено.
Представим себе: летит луч света от далёкой звезды, самый быстрый во Вселенной. И вдруг на его пути встаёт какая-то «громада». Искривляется траектория, или как говорят учёные «меняется геометрия пространства-времени».
С какой такой неведомой «громадой» встретился луч в космосе? Это материя? Может быть, например, очень плотный «сгусток». Например, чёрная дыра, которая поглощает луч, и не выпускает обратно.
Чёрная дыра – это сгустки материи огромной плотности. Скажем, если всё вещество земли скатать в плотный кокон диаметром 9 мм – получится чёрная дыра (такие вещи определяются через радиус Шварцшильда).
К счастью, чёрные дыры не вечны, материи в них «тесно», и время от времени они «плюются» материей – испускают «джеты», облегчая собственную массу. «Прокашляется» чёрная дыра и превратится в скромную звезду-карлика, а потом будет долго тлеть, доживая свой век.
Чёрные дыры тоже не загадочны. Это опять же не значит, что наука знает о них всё, есть масса частных деталей, сложных казусов. Но их научились «видеть» по косвенным признакам и математически моделировать.
Однако не будем путать «чёрное» и «тёмное». Чёрные дыры поглощают свет, искривляя пространство.
Тёмная материя как-то тоже искривляет пространство, что проявляется в движении звёзд и галактик, но на то она и «тёмная», что для этого нет надёжного объяснения.
Вот перед нами вращающаяся галактика. Звёзды на её окраинах движутся быстрее, а должны бы медленнее, чем в центре, и при этом не разлетаются от центробежных сил, как «грязь с колеса». Можно предположить, что галактика погружена в гало – «невидимую», тёмную материю, масса которой создаёт гравитацию и удерживает галактику в её нынешнем состоянии.
Тёмная материя не светится: не взаимодействует с электромагнитным излучением (светом, радиоволнами, рентгеном). Она не отражает, не поглощает и не испускает свет. И тепла не изучает, значит это не газ, и не пыль.
Все проявления тёмной материи – гравитационные, потому мы и называем её «материей».
Но существует ещё более загадочное явление – тёмная энергия. Если тёмная материя за счёт гравитации притягивает, собирает, то тёмная энергия наоборот расталкивает, разводит в стороны, искажая модели, построенные по законам гравитации. Например, она «разводит» галактики друг от друга.
Учёные строят массу догадок. Например, что тёмная материя состоит из «сверхлёгких» элементарных частиц ещё неизвестных науке или наоборот из «сверхтяжёлых» нейтрино, не вступающих во взаимодействие. Тёмная энергия, возможно, возникла в результате размытия реликтового излучения – того самого, что толкнуло Вселенную к эволюции – расширению, возникнув как результат Большого взрыва.
Так или иначе отдельные гипотезы, догадки могут быть правдоподобными, но это лишь кусочки мозаики, которые нужно сложить в единый паззл – непротиворечивую картину. Сможет ли справиться с этим человечество?
Не исключено, тогда загадка исчезнет, но человек непременно придумает новую.
Остап Давыдов