Загадка Вселенной: 10 фактов о темной материи

Темная – не значит невидимая

Темная материя не излучает никакого электромагнитного излучения. Поэтому ее принято называть именно так. Правда, пока что астрономы не обнаружили ни видимого света от нее, ни излучения в радиодиапазоне, ни рентгеновского излучения и даже в других видах энергии.

Но известно, что она связана с гравитацией. Поэтому есть какая-то надежда на то, что эту материю все же найдут.

Материя – не просто вещь

Физики классифицируют материю как то, из чего мы состоим. То есть материя должна перемещаться в пространстве и времени. В том числе это значит и то, что темная материя разбавляется, когда распространяется в больший объем пространства, как, например, газ. Кроме того, она влияет и на гравитацию: притягивает она так же, как и обычная, видимая нам, материя.

Не факт, что она существует

В какой-то момент мир науки может потрясти заявление ученых, в котором они скажут, что этого вида материи не существует.

Справедливости ради, такие заявления есть и сейчас, но они остаются без внимания из-за ошибок в расчетах ученых.

Доказательством существования темной материи служит явление гравитационного линзирования. Это когда галактика, находящаяся к нам ближе, как бы искажает форму более удаленных галактик. С помощью этого явления можно предполагать, сколько массы находится в той или иной галактике. Все это – благодаря гравитации.

Но еще интереснее это явление становится тогда, когда мощность линзирования не соответствует расчетам. То есть там должна быть еще какая-то материя, имеющая массу. Какая? Вы уже знаете ответ.

Также в пользу существования служит и то, что наблюдаемые нами колебания излучения в микроволновом фоне нельзя объяснить без существования темной материи. К тому же, ее наличие объясняло бы, почему звезды во внешних рукавах галактики вращаются быстрее, чем звезды, находящиеся ближе к центру.

Темную материю нашли раньше, чем нам казалось

Принято считать, что темную материю открыла американская ученая Вера Рубин, известная своим открытием скорости движения звезд во внешних рукавах галактики и первая предположившая о влиянии еще какого-то вещества на звезды.

Но оказывается, что был ученый Фриц Цвикки, который первым указал, что галактики движутся слишком быстра вокруг общего центра, и назвал это скоплением Кома. Скорость галактик в гравитационном потенциале зависит от полной массы в этом потенциале. То есть, если выражаться понятным языком, галактики перемещались так быстро из-за того, что их масса была значительно больше видимой.

Но Вера Рубин собрала все полученные данные в единое целое, и стало понятно, что дело не в особенности данного скопления, а в какой-то неизвестной науке прежде материи. Она присутствует во всех галактиках и их скоплениях.

Темная материя почти не взаимодействует сама с собой или с чем-то еще

Если бы темная материя была похожа на привычную нам, она бы могла концентрироваться в одном месте. Но это не так, иначе ее было бы проще найти и она составляла бы сама из себя что-то вроде комков (а может, и планет).

Например, скопление Bullet Claster, появившееся после столкновения двух галактик, можно обнаружить распределение обычной и темной материи. Первой – с помощью рентгеновского излучения, а второй – с помощью гравитационного линзирования, о котором вы читали выше.

Данные, полученные благодаря наблюдениям за скоплением, демонстрируют, что темная материя практически не смешалась между собой, а видимая материя исказилась и замедлилась.

Такое свойство объясняет и многие вопросы, связанные с космическим микроволновым фоном и формированием галактической структуры.

Благодаря ей формируются новые структуры

Темная материя, как мы писали выше, мало взаимодействует между собой. В конечном счете это приводит и к тому, что при расширении нашей Вселенной первой на месте оказывается она. И она же гравитационно притягивает структуры: этакие волокна, по которым позже прокладывает дорожку видимая материя и образует галактики.

Это видно и на компьютерных моделях формирования материи: прежде всего мы видим, что распределяется темная материя. А позднее на месте темной материи формируется видимая.

Она не распределена неравномерно

Хоть темная материя и формирует волокна во Вселенной, она все же распределена не так уж равномерно, как могло показаться. Об этом свидетельствуют и изученные компьютерные модели.

Из-за своего фактически отсутствующего взаимодействия планеты она формировать не может, но у нее все же есть так называемые ореолы (если будет проще, можно сравнить с облаками) различной плотности, которые перемещаются по галактикам, чаще всего – ближе к центру.

Наша Солнечная система находится скорее в «ветре» темной материи.

У физиков есть ряд претендентов для загадочной материи

Сейчас популярнее всего теория, согласно которой существует некая слабо взаимодействующая частица, никак не взаимодействующая со светом. Такие частицы должны быть массивными и формировать наблюдаемые структуры. Такие частицы не были бы достаточно тяжелыми и не слипались бы. Их принято называть WIMP. А еще есть частица аксион – она очень легкая, но оставляет после себя конденсат, который заполняет собой Вселенную.

За звание темной материи борются еще несколько частиц, которые взаимодействуют между собой и с другими частицами сложнее, или же обладают тяжелой массой.

При этом темная материя может вписаться в стандартную модель. Так, ее типа макро состоит из макроскопически тяжелых типов ядерной материи, которые пока неизвестны науке.

Откуда берется темная материя

Ученые уверены, что ответ – тусклые коричневые карлики или черные дыры. Основной вопрос здесь: откуда столько? Дело в том, что ее, согласно наблюдениям, в 10 раз больше, чем видимой материи. И если бы все это было образовано черными дырами, мы видели бы эффект линзирования постоянно. Но этого не происходит.

Их не могут образовывать и частицы нейтрино, так как они слишком легкие и не могут образовывать те самые волокна, или нити, галактики.

На вопрос о том, откуда берется темная материя, физикам только предстоит ответить.

Загадка дыры

Поиски темной материи длятся уже многие десятилетия, но она так и не была обнаружена. Единственное доказательство, которое мы имеем – это гравитационное притяжение.

Поиски проходят и на Земле: с 1980-х годов физики ищут в земных элементах доказательства существования этого объекта или хотя бы признаки взаимной аннигиляции частиц темной материи.

В итоге были сделаны другие открытия, например, избыток гамма-излучения Ферми, но все они никак не связаны с существованием темной материи.

На сегодняшний день этот вид материи все еще остается загадкой для ученых. Так, например, им только предстоит ответить на массу вопросов о том, что это такое. Но на сегодняшний день мы уверены, что должна быть какая-то материя, отличающаяся от любой из известной частиц в Стандартной модели. Ведь по массе она превосходит все другие частицы и излучения во Вселенной примерно в пять раз, но так и не обнаружена напрямую. В любом случае, видимо, стоит запастись ожиданием для решения множества загадок.