Research, Technology

Чи існує темна матерія? І чому думки вчених розділилися?

Людство можна назвати амбітним виглядом.Ми живемо на маленькій планеті, що обертається навколо звичайної зірки і все ж таки прагнемо розгадати всі таємниці Всесвіту. Візьмемо, наприклад, чорну матерію. Вважається, що вона становить більшу частину матерії в галактиках, проте спостерігати її неможливо – ця таємнича субстанція не взаємодіє з електромагнітним випромінюванням. Ми знаємо про її передбачуване існування завдяки гравітаційному ефекту, який вона чинить на об'єкти, які ми спостерігаємо. Сьогодні темна матерія і темна енергія є основними стовпами провідної космологічної моделі. Нещодавно в журналі Astronomy and Astrophysics вийшло дослідження, в якому перелічені докази існування темної матерії в перших галактиках у Всесвіті. Але якщо вчені помиляються і ніякої темної матерії/енергії насправді не існує, наші уявлення про пристрій всесвіту доведеться переглянути. А це, погодьтеся, серйозно.

Сьогодні фізики все частіше відходять від ідеалізованих сценаріїв та звертаються до складної реальності.

зміст

  • 1 Пошуки невидимої матерії
  • 2 Темна матерія всередині галактик
  • 3 Альтернатива темної матерії
  • 4 Новий детектор темної матерії

Пошуки невидимої матерії

У 1970-х астрономи Віра Рубін та Кент Фордпредставили нову теорію, здатну пояснити поведінку зірок, планет і галактик. Вони припустили, що якась невидима субстанція має сильний гравітаційний вплив на видимі небесні тіла. На думку Рубін та Форда ця «темна матерія» утримує космічні об'єкти разом, ніби склеюючи їх.

Дослідники також намагалися зрозуміти чомунебесні тіла, розташовані поза центром галактики, обертаються з тією самою швидкістю як і об'єкти поруч із ним. Такий стан речей суперечить закону Ньютона, згідно з яким зірки і газ повинні уповільнюватися в міру віддалення від галактичного центру, проте спостереження показують, що це не так, а пояснити те, що відбувається, може наявність таємничої матерії.

Можливо темна матерія не існує

Теорія Форда та Рубін, однак, не отрималазагального визнання, а багато дослідників, як і раніше, впевнені, що темної матерії не існує. З ними готові посперечатися вчені з NASA – як показали результати нового дослідження, існує низка факторів, що підтверджують висновки 1970-х років.

Більше теми: Чи може темна матерія формуватися зі звичайної матерії?

Темна матерія всередині галактик

Наявність невидимої субстанції, що «склеює» зірки та планети, змінює наше розуміння Всесвіту. Справа в тому що спостерігається матерія в галактиках становить лише 20% – дослідники називають цю матерію баріонною (це означає, що вона складається з таких субатомних частинок як протони, нейтрони та електрони). Інші 80% залишаються невидимими та незрозумілими.

Автори роботи, опублікованої в науковому журналіAstronomy and Astrophysics наводять нові докази на користь існування темної матерії. Об'єктом дослідження стали щонайменше 260 молодих спіральних галактик, у яких формуються нові зірки.

Перел вами спіральна галактика NGC 986

Нагадаємо, що відстань між нашою планетою тавибраними об'єктами становить приблизно сім мільярдів світлових років. Це означає, що вони сформувалися коли Всесвіт був удвічі молодшим ніж сьогодні (вік Всесвіту становить приблизно 13,8 мільярдів років). За формою ці галактики нагадують Чумацький Шлях із його спіральними рукавами із зірок та газових хмар.

Ще більше статей про таємниці Всесвіту та темної матерії читайте на нашому каналі Пульс Mail.ru Так ви точно не пропустите нічого цікавого!

Астрономам вдалося підтвердити, що ці молодігалактики оточені ореолом темної матерії, що виходить із галактичного центру. Ці гало, однак, набагато компактніші, ніж у найближчих до нас галактик, а значить розподіл темної матерії всередині галактик повільно розширюється з часом.

Ми вважаємо, що це явище ілюструє прямевзаємодія між частинками темної матерії та звичайними баріонними частинками: щільність ореолів змінюється і виходить за межі відомих гравітаційних взаємодій, – пишуть дослідники.

Темну матерію не можна побачити, але це не означає, що її не існує

Астрономи також зазначають, що темна матеріявідповідає не лише за великомасштабну структуру Всесвіту (подробиці тут), а й за скупчення галактик, що утримуються разом. А ви знали, що темна матерія може ховатися у додатковому вимірі? Усі подробиці можна дізнатися тут.

Альтернатива темної матерії

Ще одна група дослідників припустила, щоситуація навколо темної матерії змінилася – відповідь слід шукати у самій гравітації. Якщо уважно подивитися на повну галактик, зірок, пилу, газу та чорних дірок Всесвіт, можна виявити щось уже відоме. Зрештою, якщо існують додаткові гравітаційні ефекти, за них може відповідати щось невидиме, наприклад, принципово новий тип матерії або частинок.

Це цікаво: Квантовий світ: як пов'язані стерильні нейтрино та темна матерія?

Так, якби нейтрино були досить масивними,то цілком могли б пояснити те, що відбувається. Ще одним варіантом може бути народження Всесвіту із занадто великою кількістю матерії, частина якої колапсувала, утворивши чорні дірки. Подібні варіанти можуть покласти край нескінченним невідповідностям між реальною поведінкою небесних об'єктів та нашими фізичними теоріями.

темна матерія – гіпотетична форма матерії, що становить чверть усієї маси та енергії Всесвіту.

На жаль, але ці припущення навряд чи вірні,оскільки загальна кількість баріонної матерії у Всесвіті вже відома. Деякі дослідники також пропонують переглянути теорію гравітації, щоб повністю позбавитися темної матері. Але якщо ми хочемо розгадати таємниці Всесвіту, від темної матерії (і енергії) відмовлятися не варто, принаймні поки що.

Зазначимо, що вчені часто виявляють щосьнове, здатне поставити під сумнів панівні теорії. Наприклад, результати раніше проведених досліджень показали, що молоді галактики із зіркоутворенням, мабуть, стикаються з дефіцитом темної матерії (порівняно з пізнішими галактиками). З цієї причини деякі фізики вважають, що темна матерія відіграє набагато меншу роль у ранніх зоряних системах, ніж у сучасних галактиках. Однак на сьогодні ці припущення не спроможні.

Темна матерія – ключ до теорії гравітації?

Новий детектор темної матерії

Щоб дізнатися чи існує темна матерія, вченимналежить довго спостерігати за галактиками. На щастя, нові астрономічні інструменти, серед яких космічний телескоп Джеймс Вебб, здатні «бачити» далеке минуле нашого Всесвіту, включаючи перші зірки та галактики, що утворилися невдовзі після Великого вибуху.

В рамках проекту Lux-Zeplin вчені шукатимуть ознаки існування матерії всередині титанового резервуару, наповненого зрідженим ксеноном.

Дослідники покладають великі надії на самийчутливий детектор темної матерії LUX-ZEPLIN, який розташований за 1,5 км під землею та поміщений у великий резервуар із водою (це зроблено для захисту LZ від зіткнень з іншими частинками). Як випливає з назви, детектор є наступником двох попередніх проектів LUX і ZEPLIN, проте його остання версія в 50 разів чутливіша до потенційних сигналів темної матерії.

Не пропустіть: Про що говорить дивна фізика чорних дірок? Обговорюємо найнеймовірніші гіпотези

Серед кандидатів на роль темної матеріїдослідники виділяють слабко взаємодіючі масивні частки (WIMPs), народжені раннього Всесвіту. Якщо вони справді існують, то взаємодіють зі звичайною матерією, створюючи вже знайомі астрономічні аномалії. Новий детектор оточений датчиками, що відстежують будь-які вторгнення часток, що шукаються, а в якості мішені використовується резервуар з надчистим рідким ксеноном.