Загадочное темное вещество

Сложно себе представить, что всё наблюдаемое нами вокруг составляет лишь только около 5 % от всей массы Вселенной. Если подойти к задаче более строго, то тяжелых элементов в Космосе не более 0,03 %. А все потому, что были обнаружены так называемые темное вещество и темная энергия. О 25 % Вселенной сегодня и поговорим.

1. Распределение масс

По современным измерениям, наполнение Вселенной можно разделить на 3 компонента: барионное вещество, темное вещество, темная энергия.

К барионному относят всё то, что мы можем либо непосредственно наблюдать, либо имеем представление о его составе. Сюда входят звезды, газ, нейтрино, мы с вами.

Темная энергия вносит колоссальный вклад в плотность мира – составляет около 70 %. Что она собою представляет – никто не понимает. Есть лишь знание о том, что она настолько сильна, что постоянно расширяет нашу Вселенную, причем с ускорением. Если она не успокоится, то в будущем мир просто разорвет.

Структура Вселенной, %
Структура Вселенной, %

Темная материя является веществом неизвестного состава. Она никаким образом не наблюдаема напрямую. Лишь по косвенным доказательствам мы считаем, что она существует. Около 25 % всего сущего заключено в ней. Также, это вещество слабо взаимодействует с обычным, но оказывает на него гравитационное влияние.

2. Темный зверь

Уже 30 лет назад физики понимали, что темное вещество реально существует. Косвенные данные это подтверждали. В частности, если посмотреть на поведение звезд в галактиках, то оно может показаться странным.

Галактика – это миллиарды звезд, которые вращаются вокруг центра. По логике, чем дальше вы от этого центра находитесь, тем с меньшей скоростью должны крутиться. Ведь гравитационное воздействие на вас уменьшается.

Например, Меркурий вокруг Солнца двигается быстрее всех, а Нептун – относительно медленно. И это понятно, ведь звезда на него влияет слабее.

В галактиках всё иначе: падение скорости вращения практически не наблюдается к окраинам. Грубо говоря, звезда в 1000 св. годах от центра Млечного Пути и та, которая удалена на 20 тыс. св. лет, - двигаются с приблизительно одинаковыми скоростями. Но такого не бывает.

Звезды Млечного Пути двигаются по орбитам на практически одинаковых скоростях
Звезды Млечного Пути двигаются по орбитам на практически одинаковых скоростях

Получается, что мы имеем неправильное представление о массе и размерах галактики. Стали считать. Не совпадает. Нужно еще какое-то вещество, которое могло бы удерживать звезды от разлета. Так и возникла данная теория.

3. Размеры галактик

Исходя из подсчетов физиков и астрономов, реальные размеры звездных домов намного больше, чем мы видим. Так, Млечный Путь имеет радиус около 53 тыс. св. лет. А с учетом темного вещества – раз в 7-10 больше.

Тогда всё сходится. Мы видим лишь только 10 % массы галактики, поэтому звезды двигаются приблизительно одинаково быстро и не разлетаются, так как удерживаются гравитацией темного вещества.

Гравитационная линза, большую часть в которую вносит темное вещество
Гравитационная линза, большую часть в которую вносит темное вещество

Изначальными кандидатами на роль частиц этой материи были нейтрино. Их достаточно много во Вселенной, и они имеют массу, хоть и очень маленькую. Но, расчеты опровергли эту идею. Их оказалось только 0,3 % от массы сущего.

4. Что дальше

Главная задача на сегодняшний момент – как-то обнаружить частицы темного вещества. Хочется ведь узнать, что это.

Предполагается, что темная материя должна взаимодействовать с привычным нам веществом. Это происходит редко (раз в год, десятилетие?), но может быть зафиксировано в подземных лабораториях. Этим сейчас занимаются.

Исследовательская лаборатория Fermilab
Исследовательская лаборатория Fermilab

Второй способ обнаружения: поиск гамма-квантов от взаимодействия частиц и античастиц темного вещества. Опять же, если они существуют. Лаборатория Ферми пытается это выявить.

--

Получается, что пока-что больше вопросов, чем ответов. Но исследования ведутся, так что ждем итогов.

Спасибо за внимание. Подписывайтесь.