Что такое тёмная материя и тёмная энергия?
В научном журнале Nature опубликована статья, посвящённая поискам тёмной материи. Чтобы лучше понять, что это такое, астрономы создали подробную компьютерную модель «паутины Вселенной», которая включает в себя различные скопления этой загадочной субстанции.
«Паутина» поможет найти следы распада
«Наши расчёты показывают, что небольшие скопления тёмной материи должны очень часто встречаться во Вселенной. Но сами по себе они будут оставаться абсолютно невидимыми для наших телескопов», — признался один из авторов работы, профессор Астрофизического института Общества имени Макса Планка (Германия) Саймон Уайт.
Согласно современным представлениям космологов, сразу после Большого взрыва материя во Вселенной разделилась на видимую и тёмную материю. Их распределение происходило неравномерно. Трёхмерную модель распределения форм материи исследователи и называют «паутиной». Они надеются, что благодаря ей станет возможным находить следы распада частиц тёмной материи. Это поможет хоть как-то изучать её свойства.
Ещё в январе звучали прогнозы о том, что в 2020 году астрофизики предпримут попытки засечь тёмную материю и тёмную энергию, на которые приходится около 95% массы Вселенной. Об этих загадочных субстанциях наука до сих пор почти ничего не знает.
Так что учёным известно на сегодняшний день?
Эти частицы ежесекундно пронизывают наши тела
«Пока мы не понимаем, что такое тёмная материя, что это за вещество и что за частицы. Физики ещё не научились их регистрировать, — объясняет старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ Владимир Сурдин. — О существовании тёмной материи узнали не физики, а астрономы. Ещё с 1930-х годов, наблюдая за движением соседних галактик, они поняли, что там есть не только звезды. Гравитация в них значительно сильнее, чем это могли бы обеспечить звёзды, планеты, межзвёздный газ и другое наблюдаемое нами вещество.
Звёзды — это основные объекты, которые мы видим. Но их массы явно недостаточно, чтобы объяснить массу галактик в целом. Звёзды на больших расстояниях от центра галактик достаточно быстро обращаются вокруг этих центров. А ведь по законам физики так быть не должно: по мере удаления от центра притяжения скорость движения тел должна уменьшаться, посмотрите хотя бы на нашу Солнечную систему.
Значит, вдали от центра галактик есть что-то, что обеспечивает гравитацию, какая-то невидимая, скрытая масса. И мы точно знаем, что это не может быть веществом, которое нам так хорошо знакомо, с его протонами, электронами, нейтронами. Это частицы нового типа. Они окружают нас и ежесекундно пронизывают наши тела, а мы их не ощущаем. И создать приборы, которые были бы способны их регистрировать, физики пока не могут.
О существовании тёмной материи учёные судят и по другим признакам. Например, по распадам звёздных скоплений, которые не должны были бы происходить, если бы не было взаимодействия с каким-то невидимым нам веществом. А также по эффекту гравитационной линзы: скопления галактик искривляют лучи света, которые исходят от объектов, расположенных за ними. Так и должно быть, это следует из теории относительности, но подсчёт искажения показывает, что невидимого вещества там гораздо больше, чем видимого. Больше где-то раз в пять.
Другая загадка науки — тёмная энергия. Её физики даже не пытаются решать в лабораториях, только теоретически.
В ХХ веке астрономы зафиксировали движение галактик и обнаружили, что почти все они удаляются от нас. Когда Эдвин Хаббл научился измерять расстояние до галактик, выяснилось: чем дальше от нас галактика, тем быстрее она улетает. Математики все эти закономерности описали. Оказалось, что вариантов расширения Вселенной не так уж много. И взаимное притяжение галактик должно останавливать их разбег: как камень, брошенный вверх, в какой-то момент останавливается и начинает падать на землю.
В конце 1980-х появились новые данные. Учёные открыли, что движение галактик не только не тормозится, но и, наоборот, ускоряется. Это означало, что в природе есть сила, которая на значительных расстояниях побеждает гравитацию, своего рода антигравитация. И если первые 7 миллиардов лет после Большого взрыва побеждала гравитация, то затем стала побеждать иная сила, которая начала расталкивать галактики.
Этой силе дано условное название: тёмная энергия. Саму энергию учёные посчитать могут, а вот указать её носителя — нет. То ли это какое-то поле, то ли свойство вакуума, пока непонятно».
На тёмную энергию, по данным космической обсерватории «Планк», приходится 68,3% наблюдаемой Вселенной, на тёмную материю — 26,8%. И только 4,9% приходится на видимые объекты.
