Новости

Она составляет четверть Вселенной. Без нее галактики развалились бы, а звезды улетели бы в пустое пространство. Темной материи в пять раз больше, чем обычной (из которой состоят звезды, планеты, люди, деревья и вообще все известное нам вещество). Тем не менее ученые до сих пор не могут ответить на вопрос, что именно представляет собой загадочная темная материя. Известно одно: она существует, а вот в какой именно форме – это физикам еще предстоит выяснить, хотя кое-что известно уже сегодня.

Темная материя удерживает галактики вместе

В 1930-х годах астрономы посчитали суммарную массу вещества в одном из скоплений галактик, и вдруг оказалось, что этой массы совершенно недостаточно, чтобы удерживать все галактики вместе. Реально для этого требовалось примерно в десять раз больше вещества, чем наблюдалось.

Вскоре выяснилось, что подобным образом дело обстоит и внутри самих галактик. Согласно физическим законам, звезды на краю галактики должны вращаться вокруг ее центра существенно медленнее, чем расположенные непосредственно ближе к центру. Тем не менее в реальности такого не происходит.

К примеру, звезды на краю туманности Андромеды вращаются почти с той же скоростью, что и звезды в центре. Это означает, что в туманности Андромеды сосредоточена значительная масса невидимого для наших глаз и научных приборов вещества, основная масса которого располагается вокруг галактики. С этого времени в научной литературе и появился термин "темная материя", обозначающий это невидимое вещество.

Тайна темной материи может быть разгадана на коллайдере

Большой адронный коллайдер (самый мощный на данный момент ускоритель частиц) может дать окончательный ответ на вопрос о природе темной материи. У него есть неплохие шансы на обнаружение так называемых вимпов – элементарных частиц, претендующих на роль составляющих темной материи.

В теории вимпы – это элементарные частицы, имеющие большую массу (в несколько десятков раз больше массы протона), но при этом практически не взаимодействующие с веществом. Вимпы должны принимать участие лишь в двух фундаментальных взаимодействиях из четырех: в гравитационном и слабом ядерном (не участвуя в электромагнитном и сильном ядерном взаимодействиях). Из-за этого вимпы способны беспрепятственно пролетать через миллиарды километров вещества, никак с ним не взаимодействуя.

Если темная материя действительно состоит из вимпов, то это объясняет, почему мы ее не видим – она не испускает и не отражает электромагнитного излучения, оставаясь невидимой для глаз, оптических приборов и всех радиотелескопов.

Следы темной материи могут доходить до нас

Обнаружить вимпы можно не только на коллайдере – следы их существования могут прийти к нам также из космоса. Если вимпы действительно существуют, они должны в большом количестве пролетать прямо сквозь Солнце и Землю. И хотя они крайне слабо взаимодействуют с остальной материей, некоторая вероятность столкновения, например, с атомным ядром у них все же существует. В этом случае продукты такого столкновения могут быть зафиксированы аппаратурой.

При этом, пролетая через массивные тела вроде Солнца или Земли, вимпы иногда могут попадать в так называемую гравитационную яму (когда гравитации тела хватает, чтобы их удержать), "скатываясь" к центру звезды или планеты. Накапливаясь там, они должны создавать достаточную свою концентрацию, чтобы начать аннигилировать друг с другом. Аннигиляция частиц всегда приводит к образованию других частиц, продуктов этой аннигиляции. В случае с вимпами эти продукты в виде потоков частиц уже доступны для регистрации научными приборами. Поиски следов существования вимпов уже ведутся, однако результаты экспериментов пока еще довольно противоречивы.

Темная материя искажает свет

Регистрировать присутствие темной материи также можно с помощью света. Как известно, свет отклоняется под действием гравитации; таким образом, большие скопления темной материи могут работать как огромные космические гравитационные линзы. Команда ученых из Национальной астрономической обсерватории Японии занимается разработкой подробной карты темной материи, которую они намерены закончить в 2019 году. Используя оптический метод регистрации темной материи, там надеются подробно изучить то, как она распределена в галактиках и Вселенной в целом. Эта информация даст важные подсказки относительно точных значений массы и плотности темной материи.

Помимо темной материи, еще есть темная энергия

Ирония загадки темной материи в том, что, даже когда ученым удастся ее раскрыть, большая часть Вселенной все равно останется для них "в темноте". Дело в том, что, даже если объединить всю темную материю и обычное вещество, вместе они составят не более 30% от общей массы Вселенной.

Оставшуюся часть занимает еще более странная физическая сущность – темная энергия. В отличие от темной материи, темная энергия не собирается вместе с обычным веществом в галактики и скопления – она равномерно распределена по всему пространству и ответственна за то, что наша Вселенная расширяется с ускорением.

Одной из гипотез о ее природе является предположение, что темная энергия есть "стоимость" существования пустого пространства – то есть это те физические свойства, которые присущи пространству самому по себе. Однако это далеко не единственное предположение, которое к тому же пока что крайне плохо согласуется с предсказаниями современной физики элементарных частиц. Что же такое темная энергия на самом деле, мы узнаем, скорее всего, годы спустя после разрешения загадки темной материи.