Некоторые космические объекты ведут себя странно, нарушая законы небесной механики. Их орбиты отличаются от расчетных и смоделированных компьютером. Судя по всему, на них оказывается некое мощное гравитационное воздействие, заставляющее отклониться от рассчитываемой траектории. Однако звезд или галактик, которые могли бы оказывать такое влияние, поблизости от объекта нет!
Поэтому астрономы полагают, что в космосе существует некая субстанция, которую невозможно увидеть ни глазом, ни с помощью даже самого мощного телескопа. Однако это вещество обладает сильнейшим гравитационным полем, влияющим на другие космические объекты, вблизи которых находится. Поэтому его и становится возможным обнаружить. Ученые называют это вещество Темная материя.
Одни астрономы уверены, что наша Вселенная на четверть состоит из этой материи, другие же утверждают, что загадочная субстанция составляет до 85% Вселенной. Но ни ее состав, ни основные физические свойства до сих пор не изучены. Оговоримся сразу, что все дальнейшие утверждения основываются исключительно на теориях ученых, и пока ничем не подтверждаются.
Что же такое темная материя и откуда она взялась?
Предполагается, что темная материя появилась в момент Большого взрыва. Есть версия, что она существовала еще раньше, в период так называемой космологической инфляции. Сначала Вселенная была относительно однородной и заполненной элементарными частицами.
Но по мере своей эволюции она становилась все более «комковатой»: скопления вещества разделились огромными пустыми пространствами, простирающимися на многие миллионы световых лет. Естественно, возникает вопрос: почему же Вселенная изменила свою структуру? Скорее всего, «виновата» в этом именно темная материя.
Эта субстанция всегда распределялась неоднородно. То есть где-то ее было больше, где-то — гораздо меньше. В местах ее крупных скоплений возникало сильное гравитационное притяжение, которое привлекало обычную материю. В какой-то момент скапливающееся вещество под влиянием собственной огромной массы буквально вспыхивало, превращаясь в звезды.
Но что же представляет собой темная материя, которая, вероятно, сделала Вселенную такой, какая она есть? Ответить на этот вопрос однозначно ученые все еще не могут. Ведь невозможно найти нечто невидимое ни простым, ни вооруженным глазом.
Частицы, из которых состоит темная материя, могут быть самыми легкими во Вселенной, а могут обладать массой, сравнимой с массой небольшой планеты. Темная материя не имеет температуры, она не излучает и не поглощает свет…
К сожалению, на данный момент не удалось провести ни одного эксперимента, в ходе которого были бы получены частицы, из которых состоит темная материя, поэтому сказать точно, чем же она является на самом деле, пока не представляется возможным.
Кто ее открыл?
Первым идею темной материи предложил астрофизик Фриц Цвикки в 1933 году. Свою гипотезу он выдвинул после наблюдения за скоплением галактик, которые вели себя странным образом. Их массы было недостаточно для того, чтобы передвигаться с наблюдаемой скоростью.
Цвикк задался вопросом, почему это происходит. Единственным объяснением было наличие какой-то невидимой материи, обладающей гравитационным воздействием, но не поддающейся прямому наблюдению.
В конце 1970-х годов астрофизики Кент Форд и Вера Рубин вели наблюдение за галактикой Андромеды. По их мнению, объекты, которые располагались на периферии галактики, должны были вращаться медленнее, чем те, что находятся ближе к ее ядру. Однако это было не так.
Окраинные объекты вращались куда быстрее, чем было предсказано, исходя из космологических закономерностей и чем позволяла их предполагаемая масса. Исследователи сочли, что объяснить это возможно лишь наличием неизвестного вещества — темной материи.
Как она себя проявляет?
Проявляется влияние темной материи не только в отклонениях скоростей космических объектов. Есть еще одно интересное явление, носящее название «гравитационное линзирование». Световые лучи состоят из частиц, имеющих свойство отклоняться под воздействием гравитационных полей.
То есть любой крупный космический объект преломляет лучи, делая их источник более крупным или ярким и действуя наподобие увеличительного стекла. Естественно, чем крупнее объект, тем большее влияние он будет оказывать на поток фотонов. Например, галактики или крупные звездные скопления преломляют свет сильнее, чем можно предполагать, исходя из их массы. Это явление также наталкивает на мысли о некоей «скрытой» материи в космосе.
Какие формы материи вообще существуют?
До недавнего времени ученые выделяли две формы материи: вещество и поле. Вещество состоит из микроскопических частиц. Например, нейтронное вещество составляют нейтроны, барионное соответственно формируют барионы. В нашей галактике больше всего вещества, состоящего из фермионов.
В веществе между частицами есть пустоты. Поле, в отличии от вещества, таких пустот не имеет. Физики говорят, что оно обладает абсолютной плотностью. В качестве примера можно привести гравитационное и электромагнитное поля.
Однако концепции материи, которая имеет только две формы (вещество и поле), оказалось недостаточно для объяснения некоторых космологических явлений, в частности, аномальных космических гравитационных полей, которые словно бы возникают сами по себе, без привязки к конкретному объекту. Поэтому и было введено понятие темной материи.
Темная энергия
Предположительно Вселенная на 25% состоит из темной материи и на 5% — из вещества. Что же представляют собой оставшиеся 70%? Предполагается, что на эту долю приходится темная энергия. Она еще более загадочна, чем темная материя. Она ко всему обладает антигравитацией и поэтому распределена равномерно, без сгустков.
Темная материя — субстанция, которая сделала Вселенную такой, какая она есть. Она влияет на эволюцию звезд и планет, на скорость движения космических объектов, возможно, именно из нее «рождаются» черные дыры… Но что же такое темная материя на самом деле? Ответ на этот вопрос ученым только предстоит выяснить…
