Темная материя или скрытая масса – это общее название астрономических объектов, недоступных прямым наблюдениям современными средствами астрономии, то есть не испускающие электромагнитного излучения достаточной для наблюдений интенсивности, но наблюдаемым косвенно по гравитационным эффектам, оказываемым на наблюдаемые объекты.
Темная материя сродни обычному веществу в том смысле, что она способна собираться в сгустки (размером, скажем, с галактику или скопление галактик) и участвует в гравитационных взаимодействиях так же, как обычное вещество. Скорее всего, она состоит из новых, не открытых еще в земных условиях частиц.
В зависимости от скорости частиц различают горячую и холодную темную материю. Горячая темная материя состоит из частиц, движущихся с околосветовыми скоростями, по-видимому, из нейтрино. Горячей темной материи недостаточно, по современным представлениям, для формирования галактик. Холодная темная материя должна состоять из массивных медленно движущихся (и в этом смысле "холодных") частиц или сгустков вещества. Экспериментально такие частицы не обнаружены.
По мнению ученых, в младенческом и юношеском возрасте все небесные тела, в том числе звезды, планеты и их спутники, остаются невидимыми темными объектами.
Полученные результаты на орбитальном телескопе WMAP подтвердили факт существования в мировом пространстве невидимых темных объектов. По сути дела, они свидетельствуют о том, что 73 % звездного населения мира находится в младенческом возрасте в виде более темной материи, 23 % звезд пребывают в юношеском возрасте в состоянии темной материи и только 4 % звездного населения мира достигло зрелого возраста, в котором оно стало излучать свет.
Помимо космологических данных, в пользу существования темной материи служат измерения гравитационного поля в скоплениях галактик и в галактиках. Чем сильнее гравитационное поле, тем быстрее вращаются вокруг галактики звезды и облака газа, так что измерения скоростей вращения в зависимости от расстояния до центра галактики позволяют восстановить распределение массы в ней. В нашей Галактике в окрестности Солнца масса темной материи примерно равна массе обычного вещества.
Частицы темной материи не должны распадаться на другие, более легкие частицы, иначе бы они распались за время существования Вселенной. Сам этот факт свидетельствует о том, что в природе действует новый, не открытый пока закон сохранения, запрещающий этим частицам распадаться. Аналогия здесь с законом сохранения электрического заряда: электрон – это легчайшая частица с электрическим зарядом, и именно поэтому он не распадается на более легкие частицы (например, нейтрино и фотоны). Далее, частицы темной материи чрезвычайно слабо взаимодействуют с нашим веществом, иначе они были бы уже обнаружены в земных экспериментах.
Наиболее правдоподобной представляется гипотеза о том, что частицы темной материи в 100–1000 раз тяжелее протона, и что их взаимодействие с обычным веществом по интенсивности сравнимо с взаимодействием нейтрино. Именно в рамках этой гипотезы современная плотность темной материи находит простое объяснение: частицы темной материи интенсивно рождались и аннигилировали в очень ранней Вселенной при сверхвысоких температурах (порядка 1015 градусов), и часть их дожила до наших дней. При указанных параметрах этих частиц их современное количество во Вселенной получается как раз такое, какое нужно.
Имеется несколько путей поиска частиц темной материи. Один из них связан с экспериментами на будущих ускорителях высокой энергии – коллайдерах. Если частицы темной материи действительно тяжелее протона в 100–1000 раз, то они будут рождаться в столкновениях обычных частиц, разогнанных на коллайдерах до высоких энергий (энергий, достигнутых на существующих коллайдерах, для этого не хватает). Ближайшие перспективы здесь связаны с Большим адронным коллайдером, построенным в международном центре ЦЕРН под Женевой.
Повторный запуск Большого адронного коллайдера >>
Согласно популярным сегодня гипотезам, частицы темной материи – это лишь один представитель нового семейства элементарных частиц, так что наряду с открытием частиц темной материи можно надеяться на обнаружение на ускорителях целого класса новых частиц и новых взаимодействий.
В 2005 году астрономы Роберт Минчин, Джон Дэвис и их коллеги из университета Кардиффа (Cardiff University) провели исследование, показавшее, что таинственный небесный объект, впервые обнаруженный еще в 2000 году, является ни чем иным, как первой найденной людьми темной галактикой.
Этот объект обнаружили по радиоизлучению. Первоначально VIRGOHI21 приняли за сверхгигантское водородное облако, вращающееся в межгалактическом пространстве в группе галактик Дева на расстоянии 50 миллионов световых лет от Земли.
Но последующие наблюдения показали, что это не просто облако газа. По высокой скорости вращения авторы нового исследования рассчитали, что объект в тысячу раз более массивен, чем значение массы, которое можно было бы "списать" только на водородное облако. Это значит, что в нем скрыто много невидимой в обычном диапазоне холодной материи.
По всем признакам это была галактика, но, утверждают астрономы, если бы она была обычной – ее легко можно было бы увидеть в небольшой любительский телескоп. Минчин и его коллеги тщательно изучили тот участок неба в мощный оптический телескоп и не нашли ничего, что можно было бы соотнести с объектом VIRGOHI21.
Таким образом, авторы исследования заключили, что перед ними – первая открытая людьми несветящаяся, беззвездная, темная галактика, возможно, "проливающая свет" на загадку темной материи во Вселенной.
В мае 2007 года были представлены данные, полученные при помощи орбитального телескопа Хаббл. Аппарату удалось обнаружить кольцо темной материи в галактическом кластере, расположенном на расстоянии около 5 млрд световых лет от Земли. Диаметр кольца составляет 2,6 млн световых лет. Данный вид материи был обнаружен в чистом, то есть не в смешанном с веществом, виде, кроме того, темная материя в таких огромных количествах ранее не была обнаружена. Визуально кольцо антиматерии расположено в галактическом кластере ZwC10024+1652, впервые обнаруженном в августе 2006 года.
Звезды, галактики и туманности "глазами" телескопа "Хаббл" >>
Также специалисты отмечают, что антиматерия оказывает довольно заметное влияние на близлежащие галактики, так как фактически она управляет их движением из-за гравитационного поля, создаваемого внутри кольца – чем ближе к центру кольца, тем больше действует гравитация и центробежные силы и тем сильнее вращается галактика.
В НАСА отмечают, что существование темной материи до сих пор не является доказанным на 100%, так как обнаружить ее в "чистом виде" не так-то просто. До сих пор большинство предположений о наличии в той или иной галактики темной материи делались на основании массы галактики, то есть если общая масса галактики превышала суммарную массу всех звезд, планет, газов и других видимых объектов, то можно было говорить о скрытой массе или темной материи в данной галактике.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников
