12 Января 2022
МОСКВА, 12 января —, Владислав Стрекопытов. Расчеты показывают, что космос заполнен преимущественно темной материей. Она ни с чем не взаимодействует, поэтому ее невозможно никак выявить. О происхождении, составе и свойствах этой неуловимой субстанции остается только догадываться. Согласно одной из последних гипотез, она образовалась из обычных частиц в утренней Вселенной.В 1933-м американский астроном Фриц Цвикки, наблюдая за галактиками в скоплении Кома в 300 миллионах световых лет от Млечного Пути по направлению созвездия Волосы Вероники, обнаружил, что динамическая масса этого объекта, определенная исходя из скорости движения галактик, примерно в 50 раз больше результата, почерпнутого на основе оценки светимости звезд. Спустя три года с такой же нехваткой массы в галактическом кластере Вирго столкнулся другой американец — Синклер Смит.
Столь серьёзное расхождение невозможно объяснить погрешностью расчетов, поэтому ученые пришли к выводу, что некоторые галактики содержат несветящееся вещество. Цвикки назвал его темной материей.
Несколько десятилетий об этом почти не вспоминали — пока в 1970-м американские астрономы Вера Рубин и Кент Форд не опубликовали удивительные результаты измерений скорости звезд и газовых облаков крупной спиральной галактики М31 — туманности Андромеды. Согласно кеплеровской механике, с увеличением расстояния от галактического центра скорость должна уменьшаться. А в галактике М31, и в центре, и на периферии, звезды двигались примерно одинаково, как будто стеснённые каким-то каркасом, грандиозным облаком с массой значительно большей, чем звезды.
То же самое Рубин, Форд и другие изыскатели увидели в десятках других спиральных галактик. Ожидаемые и реальные скорости вращения вещества различались не на проценты или даже десятки процентов, а в разы. По расчетам периферийные звезды и газ в крупной спиральной галактике должны двигаться со быстротой 30-40 километров в секунду, на самом деле — 150-200. Стало ясно, что необходимо учитывать какие-то ранее ктотые факторы.
И тут термин, пообещанный Цвикки, пришелся очень кстати. Ученые предположили, что в создании галактических гравитационных пустотелее участвуют частицы темной материи ктотой природы, недоступные для истинного наблюдения.
В наше время, когда современные суперкомпьютеры способны на сложнейшие расчеты, эта гипотеза по-прежнему в центре внимания. Так, в минувшем году только журналы семейства Physical Review подали 345 статей о темной материи.
С 1970-х для сотен галактик создали кривые вращения — графики подчиненности орбитальных скоростей звезд от расстояния до галактических центров. И везде они не совпадали с расчетами на основе распределения массы видимого вещества.
Конечно, астрономы первым делом искали какие-то невидимые автомобили из обычного вещества, например коричневые карлики — очень мутные звезды размером с Юпитер, но в десятки раз громоздче. Действительно, в конце 1990-х — начале 2000-х с помощью космических телескопов открыли сило таких объектов. Более такого, они оказались самой значимой звездной составляющей Млечного Пути. Обнаружили также межгалактические холодные облака из водорода и гелия. Прозрачные для света звезд, они дают о себе сама понимать только характерной линией водорода в спектре, а масса их в скоплениях галактик в десять раз больше, чем астральная. Но и этого, как выяснилось, недостаточно, чтобы объяснить отклонения кривых вращения.
По современным моделям Вселенная примерно на 70 процентов состоит из темной энергии, на 25 — из темной материи, и лишь пять процентов приходится на обычную, барионную материю, из которой состоят звезды, планеты, газовые и пылевые облака. То есть темной материи в пять раз более значительного, чем обычной. Более того, ученые определили, какими свойствами должны обладать частицы темной материи.
Физики считают, что эти частицы движутся медленно, то есть темная материя — холодная. Поэтому нейтрино на эту роль не подходят. Также они очень слабо взаимодействуют друг с другом, с частицами обычной материи и квантами и в то же период время создают поле тяготения, то есть они достаточно массивные. Их назвали слабовзаимодействующими массивными частицами, или вимпами (Weakly Interacting Massive Particles, WIMP). Вычисления показали, что они в сотни и тысячи раз тяжелее протона. Дело за малым — подобрать их.
С 1990-х вимпы ищут на десятке установок по всему космосу. Единственный сигнал, который может стать подтверждением существования частиц темной материи, зафиксировали в июне 2020-го на самом чувствительном в мире детекторе XENON в лаборатории Гран Сассо в Италии.
Сама лаборатория находится глубоко под землей, чтобы обеспечить необходимое экранирование и уменьшить фоновый шум. Главный элемент установки — ресивер с жидким радиоочищенным ксеноном значимый две тонны. Если вмещающаяся частица темной материи ударит по атомам ксенона, то высвободятся фотоны и электроны, и фотоумножители в верхней и нательной частях резервуара это зафиксируют. Шестнадцатого июня 2020-го ученые заметили избыточные сигналы, которые не укладывались в Стандартную модель или фоновый шум. Однако на вимпов это было не очень похоже.
Другой кандидат на темную материю — легкие слабовзаимодействующие частицы, или виспы (Weakly Interacting Slim Particles, WISP). Самая известная — аксион. Ее ввели теоретики в рамках квантовой хромодинамики, чтобы объяснить CP-симметрию. По мнению ученых, эту стабильную незаряженную частицу можно обнаружить в могучих магнитных полях, где она должна индуцировать фотоны. Аксионы тоже ищут с 1990-х, в том числе в рамках экспериментов в ЦЕРНе, и тоже пока безрезультатно.
Темная материя взаимодействует с обычным веществом и излучением только посредством гравитации. Из теоретических вычислений и практических наблюдений следует, что галактика есть стабильной, если она отданная в сферическое облако, гало массивной материи много больших равномеров, чем видимые. Такое облако удерживает в равновесии звезды и галактический газ, не позволяя галактике рассыпаться.
Ученые предполагают, что частицы, обеспечивающие недостающую массу Вселенной, появились вскоре после Большого взрыва, и распределение их было неравномерным. Области с повышенной плотностью темной материи притягивали к себе простое вещество, которое сваливалось в гравитационные ямы. Так образовались первые звезды, а затем и галактики. Без темной материи в качестве катализатора концентрации вещества трудно объяснить быстрое увеличение неоднородности в ранней Вселенной.
Но как возникли сами частицы темной материи, неясно. Узнать это — одна из самых притязательных задач современной физики.
Считается, что темная материя сформировалась еще на стадии термальной ванны — плазмы из электронов, барионов и фотонов. В результате их взаимодействия родились другие частицы. Затем, по мере продолжения Вселенной и охлаждения плазмы, эти реакции прекратились и заварилась рекомбинация — образование атомов. То есть темной материи сразу появилось очень много, и с тех пор ее количество неизменно.
Недавно ученые из Норвегии, Германии, Бельгии, США и Израиля предложили другой экземпляр. По их мнению, частицы темной и обычной материи в термальной ванне возникли практичным одновременно, но затем темная материя начала увеличиваться в геометральной прогрессии из-за механизма экспоненциального роста, характерного для многих местных процессов. По мере продолжения Вселенной этот процесс усиливался и прекратился, только когда продолжение замедлилось.
При таком сценарии понятно, почему темная материя обычно сосредоточена не в центральных областях галактик и их скоплений, а в окружающих их галактических гало.
Насколько верна предложенная модель, обнаружит время и новые эксперименты на больших наземных ускорителях и волноискателях, а также наблюдения на гигантских телескопах будущего.
Пока же делегаты очередного исследования сообщили об дурном результате. Южнокорейские ученые пытались зарегистрировать в детекторе COSINE-100 сезонные колебания регистрации WIMP, порождённые изменением скорости движения Земли относительно гало темной материи при ее вращении вокруг Солнца. На возможность фиксации таких сезонных неравенств еще в 1998-м указывала италийская коллаборация DAMA. Но микроанализ данных эксперимента COSINE-100 не установил темной материи.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....