Первым ученым, кто теоретически обосновал и рассчитал возможность существования скрытой неизвестной материи, был швейцарский астроном болгарского происхождения Фриц Цвикки. Используя доплеровские методы, ученый вычислил скорости восьми галактик, расположенных в созвездии Вероники. В научной литературе иногда встречается другое романтичное название – Волосы Вероники.

    Тёмная материя

    Тёмная материя

    Тёмная материя и тёмная энергия

    История открытия неизвестной массы

    Логика расчетов Цвикки заключалась в следующем. Поле тяготения должно удерживать галактики внутри их скопления. Исходя из этого положения, вычисляется необходимая масса. Галактики излучают свет, следовательно, можно рассчитать еще одно значение галактической массы. Эти две величины должны были совпасть, но этого не случилось. Значения очень сильно расходились. Требовалось гораздо большее значение массы для того, чтобы гравитационное поле не давало возможности галактикам разлететься.

    Именно этой недостающей ее части Цвикки дал название «темная материя»

    Как показали расчеты ученого, обыкновенного вещества в созвездии намного меньше, чем темной материи. Цвикки опубликовал свои результаты в не очень известном журнале Helvetica Phisica Acta.


    Однако последующие 40 лет астрофизики старались не замечать такого тревожного и выдающегося результата.

    В 1970 году Вера Рубин и У.К.Форд впервые изучают вращательные движения загадочной туманности Андромеды. Немного позже было изучено движение более 60 галактик. Исследования показали, что скорость вращения галактик намного больше той скорости, которую обеспечивает их видимая наблюдаемая масса. Полученный комплекс неоспоримых наблюденных фактов есть доказательство существования скрытой неизвестной материи.

    Вселенная Темная материя и темная энергия

    Общие представления о неведомых частицах неизвестной материи

    В своих исследованиях физики иногда используют труднодоступные для обычных людей методы идентификации непознанных объектов Вселенной. Они оконтуривают неизвестные явления твердо установленными и экспериментально проверенными моделями и начинают потихоньку «прижимать» строптивое явление, терпеливо ожидая от него необходимой информации.

    Однако темная материя проявляет истинное гравитационное мужество к научному любопытству физиков.

    Скрытая материя скучивается точно так же, как и обыкновенное вещество, образуя галактики и их скопления. В этом, пожалуй, заключается единственное сходство хорошо нам известного видимого вещества и неизвестной массы, доля которой составляет 25% в энергетическом «банке» Вселенной.

    Загадка тёмной материи

    Загадка тёмной материи

    Этот неизвестный акционер нашей Вселенной обладает простыми свойствами. Достаточно холодное скрытое вещество охотно взаимодействует с его видимым соседом (в частности, с барионами) исключительно на гравитационном языке. Следует отметить, что космическая плотность барионов в несколько раз меньше плотности скрытой материи. Такое превосходство в плотности позволяет ей фактически «руководить» гравитационным потенциалом Вселенной.

    Ученые предполагают, что вещественный состав материи – это новые неизвестные частицы. Но обнаружить их пока не удается. Известно лишь то, что они не распадаются на еще более мелкие элементы Природы. Иначе во временном жизненном интервале Вселенной они бы уже прошли процесс распада. Следовательно, этот факт красноречиво говорит в пользу того, что имеет место быть новый закон сохранения, запрещающий распад частиц. Однако он еще не открыт.

    Далее, вещество темной материи «не любит» взаимодействовать с известными частицами. В силу этого обстоятельства состав скрытой массы невозможно определить земными экспериментами. Природа частиц остается неизвестной.

    Frequency Keepers - Неоднородная Вселенная

    Какие есть пути поиска частиц темного вещества?

    Перечислим несколько путей.

    1. Есть предположение, что протоны легче неизвестных частиц на 2-3 порядка. В таком случае они могут рождаться в столкновениях с видимыми частицами, если их разогнать до очень высоких энергий в коллайдере.
    2. Сложилось впечатление, что неведомые частицы находятся где-то там, в далеких галактиках. Нет не только там, но и рядом с нами. Предполагается, что в одном кубическом метре их количество может достигать 1000 штук. Однако они предпочитают избегать столкновений с атомными ядрами известного вещества. Хотя такие случаи бывают, и ученые надеются их зарегистрировать.
    3. Неизвестные частицы скрытой массы аннигилируют между собой. Поскольку обычное вещество для них является абсолютно прозрачным, они могут проваливаться в центр Солнца и Земли. Одним из продуктов процесса аннигиляции является нейтрино, которое обладает способностью беспрепятственно проникать сквозь всю толщу Солнца и Земли. Регистрация таких нейтрино, возможно, даст некоторую информацию о неизвестных частицах.

    Какова природа скрытой массы?

    Ученые наметили три направления в исследовании природы темного вещества.

    1. Барионная темная материя.

    При таком предположении все частицы хорошо известны. Но их излучение проявляет себя так, что его невозможно обнаружить.

    Примеры:

    • обыкновенное вещество, сильно рассеянное в пространстве между галактиками;
    • массивные астрофизические галообъекты (MACHO).

    Данные объекты, окружая галактики, обладают сравнительно маленькими размерами. Имеют очень слабое излучение. Эти свойства не дают возможности их обнаружить.

    В состав тел могут входить следующие объекты:

    • коричневые карлики;
    • белые карлики;
    • черные дыры;
    • нейтронные звезды.

    Поиск вышеназванных объектов осуществляется с помощью гравитационных линз.

    1. Небарионная темная материя.

    Состав вещества неизвестен. Возможны два варианта:

    • холодная масса, которая могла бы включать фотино, аксионы и кварковые комья;
    • горячая масса (нейтрино).
    1. Новый взгляд на тяготение.

    Правдивость теории

    Не исключено, что межгалактические расстояния заставят посмотреть на выдержанную временем теорию тяготения под новым углом галактического зрения.

    Открытия свойств тайной материи еще впереди. Дано ли это знать человеку и что он будет делать с таким богатством – только будущее ответить на эти вопросы.