Темна матерія необхідна для появи життя

Темна матерія - найзагадковіше і інертнеречовина у Всесвіті. Її гравітаційні ефекти пояснюють обертання галактик, рух скупчень і наймасштабніші структури у всьому Всесвіті. Але на менших масштабах її занадто мало, щоб вплинути на рух Сонячної системи, на речовина Землі або на походження і еволюцію людини. При цьому гравітація, яку забезпечує темна матерія, абсолютно необхідна для сирих інгредієнтів, які утворюють життя на зразок нас і планети на зразок Землі. Без темної матерії у Всесвіті взагалі могло б не бути життя.

Зірки виробляють 100% світла, який ми бачимо уВсесвіту, але лише 2% її маси. Коли ми дивимося на рухи галактик, скупчень і іншого, ми знаходимо, що кількість гравітаційної маси переважує зоряну масу в 50 разів. Можна було б подумати, що інші типи звичайної матерії могли б пояснити цю різницю. Зрештою, ми виявили багато інших типів речовини у Всесвіті, не рахуючи зірки:

• останки зірки на кшталт білих карликів, нейтронних зірок і чорних дір;
• астероїди, планети та інші об'єкти, маса яких дуже мала, щоб бути зірками;
• нейтральний газ в галактиках і просторі між ними;
• пил, що блокує світло, і туманні регіони;
• іонізована плазма, якої багато в міжгалактичної середовищі.

Всі ці форми звичайної матерії - або матерії,яка спочатку складалася з тих же речей, що і ми: протонів, нейтронів і електронів - дійсно вносять свій внесок. Газ і плазма, зокрема, вносять більше, ніж сума всіх зірок у Всесвіті. Але навіть якщо підсумувати всі ці компоненти разом, ми отримаємо лише 15-17% загальної кількості речовини, яка необхідна для пояснення гравітації. Для решти руху, що ми бачимо, нам потрібна форма матерії, яка не тільки відрізняється від протонів, нейтронів і електронів, але і не відповідає жодній відомій частці Стандартної моделі. Нам потрібна в деякому роді темна матерія.

Невелика група вчених виступає протидодавання якогось невидимого джерела маси, але за зміну законів гравітації. У подібній моделі є труднощі, включаючи нездатність відтворити повний набір спостережень, в тому числі рух окремих галактик в скупченнях, космічний мікрохвильовий фон, зіткнення галактичних скупчень і гігантську космічну мережу спостерігається великомасштабної структури Всесвіту. Є також інша важлива частина докази, яка вказує на існування темної матерії. Ви здивуєтеся, але це наше існування.

Вас напевно здивує, що нам не просто потрібнатемна матерія для пояснення астрофізичних явищ на кшталт галактичного обертання, руху скупчень і їх зіткнень, а й для пояснення самого походження життя.

Щоб зрозуміти чому, потрібно згадати, щоВсесвіт почався з гарячого і щільного стану - Великого Вибуху - коли все було в вигляді практично однорідного моря окремих, вільних, високоенергетичних частинок. У міру охолодження і розширення Всесвіту утворилися протони, нейтрони і найлегші ядра (водень, гелій, дейтерій і трохи літію), але нічого більше. Тільки через десятки або сотні мільйонів років тому ця матерія коллапсировать в досить щільні регіони, щоб утворити зірки і, нарешті, галактики.

Все це сталося б, хоча і трохи інакше, зтемною матерією або без неї. Але щоб елементи, необхідні для життя, розплодилися в достатку - вуглець, кисень, азот, фосфор, сірка - їх потрібно виплавляти в ядрах самих масивних зірок у Всесвіті. Нам від цього ні жарко, ні холодно; щоб з них утворилися тверді планети, органічні молекули і життя, їм спершу потрібно викинути ці важкі атоми в міжзоряне середовище, де вони знову стануть зірками, вже наступними поколіннями. Для цього потрібен вибух наднової.

Ми спостерігали за цими вибухами в найдрібнішихподробицях і знаємо, зокрема, як швидко цей матеріал викидається із зірок в їх передсмертних хрипах: на тисячі кілометрів в секунду. (Останки наднової Cas A викидали матеріал на швидкості в 5000 і навіть 14 500 км / с!). Хоча це число може здатися невеликим, особливо на тлі швидкості світла, не забувайте, що наша власна зірка обертається в Чумацькому Шляху зі швидкістю всього 220 км / c. Якби Сонце оберталося хоча б в три рази швидше, ми б уже опинилися за межами гравітаційного тяжіння нашої галактики - нас би викинуло.

Останки наднової викидають важчіречовини, але завдяки потужному гравітаційному тяжінню дифузного, витягнутого гало темної матерії ми будемо утримувати велику частину цієї маси всередині нашої власної галактики. Згодом речовина повернеться в звичайні, багаті нормальної матерією регіони, сформує нейтральні молекулярні хмари і ляже в основу наступних поколінь зірок, планет і, що найцікавіше, органічних молекулярних комбінацій.

Але без додаткового тяжіння масивного галотемної матерії, що оточує галактику, переважна кількість матеріалу, що викидається з наднової, назавжди б покидало галактику. Воно буде завжди плавати в міжгалактичної середовищі, але ніколи не стане частиною майбутніх поколінь зоряних систем. У Всесвіті без темної матерії у нас були б зірки і галактики, але планети були б тільки газовими гігантами, ніяких твердих світів, ніякої рідкої води і життя теж би не було. Без великої кількості важких елементів, що поставляються поколіннями масивних зірок, життя на основі молекул не було б ніколи.

Виходить, масивне гало темної матерії,навколишній нашу галактику, яке дозволило з'явитися життя на основі вуглецю, яка вибрала своїм будинком Землю - або ще якусь іншу - варто подякувати за все це. У міру того як ми все глибше занурюємося в принципи роботи Всесвіту, ми розуміємо: темна матерія абсолютно необхідна для появи життя. Без неї не було б хімії, складних елементів, біології, твердих планет, життя - і нас.