Темная материя - тяжелая загадка Вселенной
Есть во Вселенной явление, которое не дает покоя астрофизикам по всему миру и будоражит умы простых людей своей загадочностью и масштабами - Темная материя.
Никто из ныне здравствующих людей не может однозначно ответить на вопрос - как выглядит и что из себя представляет это гипотетическое вещество, которое составляет 22% всей Вселенной. На данном этапе этот хитрый зверь практически неуловим - материя не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Как же так получилось, что ученые вывели гипотезу о ее существовании?
Приведем пример.
Вы живете в домике в горах. Вокруг снежно и на многие километры ни одной человеческой души. Но каждое утро вы встаете и видите на снегу следы. Следы подозрительно похожи на медвежьи, хоть вы, конечно, и не зоолог. Ну, думаете вы, может это и не медведь. Может это снег так причудливо подтаивает на солнце. На другое утро вы обнаруживаете большую кучу медвежьих какашек. Мда, неприятно, конечно, но теперь вы точно знаете, что вы в этой снежной степи не одни. И, хоть самого медведя вы не можете поймать, потрогать и хотя бы на него посмотреть - при всем при этом вы абсолютно уверены - кто-то шастает по ночам и гадит перед вашим сказочным домиком. Вы пытаетесь его отловить, не спите, сидите в засаде... но все равно вы не можете застать животное на месте преступления. Вы знаете, что он существует, но понятия не имеете, какого он пола, возраста, какого цвета у него мех. В целом, это может быть даже и не медведь, а что-то совсем иное - это не меняет того факта, что вы наблюдаете его следы и элементы жизнедеятельности.
Возможно, вам не хватает знаний, техники, опыта. Неважно. Пока вы его не видите, хоть тресни.
Примерно то же самое происходит с Темной материей. Ученые не могут наблюдать ее непосредственно. Но есть достаточно оснований, чтобы утверждать, что она все же существует.
АРГУМЕНТ №1 "Где материя?"
В 1933 Фриц Цвикки (который, к слову сказать, по словам современников имел скверный характер и перессорился почти со всеми коллегами) измерил радиальные скорости восьми галактик в скоплении Кома и пришел к выводу, что галактики скопления движутся слишком быстро, чтобы представить, что гравитация входящих в их состав звезд удерживала бы это скопление от расширения. Поэтому ему пришлось предположить, что полная масса созвездия Волосы Вероники (такое поэтичное название оно носит в русском языке) в десятки раз больше, чем масса входящих в него звёзд.
АРГУМЕНТ №2 "Почему галактики не рассыпаются?"
Почему они не рассыпаются в центре - понятно - там большая масса. А как быть на краю галактики?
В 1960-е годы Вера Рубин вместе с Кентом Фордом исследовала галактику Андромеда. Использовав разработанный Фордом спектрограф, они пронаблюдали оптические спектры звёзд и ионизированного газа, которые показали, что орбитальная скорость звезд на периферии галактик близка к скорости звёзд в центре галактики.
Синяя линия показывает, какой скорость должна была бы быть, если бы было только классическое (барионное) вещество. Оранжевая - как оказалось на самом деле
На настоящий момент исследования показывают, что галактики тянутся намного дальше, чем это видно по оптическим фотографиям.
На фото два изображения наложено одно на другое. Самая яркая точка в центре - сама галактика. Синее вещество вокруг (газ) зарегистрировано в "линии 21 см"
Была измерена скорость вращения этого газа (выделен синим цветом на фото) по всему радиусы и выяснилось, что он довольно быстро вращается. И он не мог бы удержаться гравитацией самой галактики. Это аргумент в пользу наличия Темной материи (гало) вокруг галактик.
Размеры видимого Млечного пути - 100-150 тысяч световых лет. Темная материя вокруг - 1,5 миллиона световых лет
АРГУМЕНТ №3 "Невидимые линзы гравитации"
Еще Ньютон предполагал, что лучи света, проходя мимо массивных тел, отклоняются от прямолинейных линий.
Сейчас это факт. Само по себе это похоже на то, как обычный свет отклоняется и фокусируется обычной линзой. Но в случае с гравитационной линзой лучи меняют направление из-за гравитации
Гравитационная линза проходит перед галактикой
Путем вычислений ученые выяснили, какая же масса должна существовать в гравитационном теле чтобы "размазать" так далекую галактику. И получилось, что масса в несколько раз превосходит ту массу, которая могла бы быть заключена в звездах и в газе (барионном веществе).
Все приведенное выше - лишь аргументы. Это не стопроцентные доказательства существования Темной материи. Но они достаточно убедительны, чтобы предполагать, что "что-то" существует. Учеными выдвигаются разные гипотезы по поводу природы Темной материи - от поиска ее как вещества (и некоторые исследователи утверждают, что они на пороге открытия), до отрицания существования вещества как такового и предложений ввести в вычисления новую константу (рассматривается в рамках Модифициорованной Ньютоновской динамики (MOND).
А пока - мы так и не можем засечь это "что-то", которое повсюду оставляет следы.
Но если окажется, что гипотеза верна, то галактики превратятся в декорации из видимого, обычного вещества, украшающего облака темной материи, которой, по расчетам, больше барионной в 5,5 раз...
