Гало невидимых частиц
Сама темная материя незаметна для существующих инструментов. Она не видна в телескопы и микроскопы, однако ученые убеждены в ее существовании. Ведь именно темная материя, считают они, и есть та самая сила, которая удерживает планеты в пределах галактики. Мы не можем увидеть саму материю, зато в состоянии заметить ее воздействие на окружающие предметы.
Наблюдение за спутниками, работающими на орбите, показало, что в определенный момент при сближении с Землей они меняли траекторию полета. Просто так это не могло происходить. Но что именно заставляло спутники совершать неожиданные движения? Именно этим вопросом задался американец Бен Харрис из Университета штата Техас.
Девять месяцев он отслеживал движения спутников ГЛОНАСС, GPS и Galileo, поскольку их орбиты точно известны, и сделал некоторые подсчеты. По данным Харриса, масса Земли на 0,005-0,008% тяжелее, чем считалось ранее. Отклонение от величин, принятых Международным астрономическим союзом, ученый объяснил возможным существованием ореола темной материи вокруг нашей планеты. Толщина пояса темной материи – 190 км, а диаметр – свыше 72 тыс. км. И скорее всего, он расположен в районе экватора. Ученый предположил, что именно темная материя оказывает гравитационное воздействие на спутники и меняет траекторию их движения.
Одна из загадок физики
Понятие «темная материя» появилось в 1970-е годы. Так ученые назвали невидимую силу, которая влияет на гравитацию в галактиках.
Американский астроном Вера Рубин заметила парадокс: по законам физики, чем дальше объект расположен от центра галактики, тем меньше должна быть скорость его вращения. Но во многих галактиках даже при значительном удалении от центра скорость вращения не менялась. По мнению ученых, такое возможно лишь тогда, когда плотность вещества в галактиках не меняется в зависимости от расстояния до центра. Что это за вещество, узнать не удалось, так как для нашей аппаратуры оно невидимо. Поэтому его и назвали темной материей. Предполагается, что она состоит из неведомых нам частиц, которые не имеют электромагнитного излучения. Именно это свойство делает материю невидимой для прямого наблюдения.
Данные космической обсерватории «Планк» говорят о том, что общая масса Вселенной почти на 4,9% состоит из обычной материи, на 26,8% – из темной материи, на 68,3% – из темной энергии.
Почему ученые верят,
что она есть
Невзирая на отсутствие документального подтверждения существования темной материи, астрофизики регулярно находят косвенные доказательства ее присутствия во Вселенной. Например, по ее гравитационному воздействию.
После запуска телескопа Hubble было замечено интересное явление, получившее название гравитационного линзирования. В 1995 году телескоп заснял, как вспыхнула одна из звезд Большого Магелланового Облака. Ее яркое свечение длилось около трех месяцев. Затем интенсивность свечения уменьшилась. Только через шесть лет рядом с этой звездой ученые разглядели небольшой объект. Это был холодный карлик. Именно он создал гравитационную линзу и многократно увеличил яркость звезды. Этот эффект объясняет теория относительности: любая масса, словно линза, деформирует пространство, искажая прямолинейный ход лучей света. Изучая искажения галактик по высокоточным снимкам телескопа Hubble, ученые не только научились измерять массу вещества в скоплении-линзе, но и смогли составить карту распределения темной материи во Вселенной.
Подтверждают наличие темной материи и эксперименты по измерению гравитационного поля в скоплениях галактик и в галактиках. Чем сильнее притяжение, тем выше скорость вращения звезд и облаков газа. Замеры скорости вращения помогают ученым определить, как распределено вещество в пределах каждой галактики.
Также на стороне существования темной материи теория большого взрыва. Если бы не было материи-невидимки, обладающей гравитацией, галактики просто не смогли бы собраться. Считается, что сначала частицы-невидимки собрались в скопления, и лишь потом за счет силы притяжения к галактикам «прилипали» элементы обычного вещества. Именно этим объясняется, что видимый мир столь невелик по сравнению с невидимыми массами пока что неизвестного нам вещества.
Особую надежду физики возлагают на большой адронный коллайдер. Есть надежда, что он поможет открыть неизвестные электронные частицы, среди которых, не исключено, будут и частицы темной материи.
«Во Вселенной намного больше вещества, чем ученые могут обнаружить. В нынешних экспериментах они ищут конкретные частицы, но темная материя может состоять не из одного, а из многих видов частиц, или из чего-то совсем другого. Даже если ничего не обнаружится, это не значит, что темной материи не существует. Несмотря на все усилия, нет вменяемого объяснения гравитации, но она есть», – заявил физик Амстердамского университета Джанфранко Бертоне.
К слову, в 2014 году поиск неуловимых частиц продолжится в открытой недавно большой подземной лаборатории с помощью ксеноновых детекторов. Лаборатория расположена в шахте на глубине 1,6 км в штате Южная Дакота (США). Весь эксперимент будет длиться более 300 дней.
День, когда погибла Вселенная
Несмотря на невидимость, темная энергия – мощная сила, которая может стать причиной гибели нашей Вселенной. Конечно, произойдет это не завтра. Исследовательский зонд Европейского космического агентства «Планк» замерил фоновое излучение космоса. По новым данным возраст нашей Вселенной составляет примерно 13,8 млрд лет. Благодаря этим знаниям ученые рассчитали скорость расширения космоса на ранней стадии существования Вселенной – 67,3 км/сек на мегапарсек. Современная цифра скорости бегства галактик (так еще называют расширение космоса) – 74,3. То есть скорость расширения Вселенной увеличивается. И ученые мужи убеждены, что причиной тому – именно темная энергия.
Британский физик Роберт Колдуэлл из колледжа Дартмаус создал модель, которая демонстрирует процесс расширения Вселенной. Со временем галактики будут быстрее удаляться друг от друга, отталкивающая сила темной энергии многократно увеличится и, примерно через 20-50 млрд лет, разорвет пространственное время. Перед этим Млечный путь потеряет свою спиральную форму и сольется с соседней галактикой Андромеды, образовав гигантский звездный остров в форме эллипса. Примерно за 3 месяца до полной гибели планеты оторвутся от Солнца. Растущее пространство разорвет Землю, впрочем, как и все сущее, даже атомы. И тогда… Не исключено, что произойдет еще один большой взрыв. Во всяком случае, такую теорию выдвинули американские ученые Лорис Баум и Пол Фрэмптон из Университета Северной Каролины.
Хотя есть и другие теории. Например, что Вселенная будет расширяться бесконечно. Или что силы гравитации не позволят ей это сделать, и в какой-то момент расширение остановится, начнется сжатие, которое завершится в той точке, где однажды произошел большой взрыв.
