Что такое тёмная материя? Тайна недостающей массы Вселенной

В 1933 году астрономы сделали шокирующее открытие: большая часть Вселенной отсутствовала. Не в смысле потеряна, а невидима. Сегодня учёные полагают, что около 85% Вселенной состоит из тёмной материи — загадочного вещества, которое нельзя увидеть, но которое удерживает галактики вместе. Что же такое тёмная материя и откуда известно о её существовании?

Открытие тёмной материи

Термин «тёмная материя» был введён известным швейцарским физиком Фрицем Цвикки. Большую часть своей жизни он проработал в Калифорнийском технологическом институте в США. Именно он впервые применил термин «сверхновая звезда». Цвикки был настолько выдающимся учёным, что все прислушивались, когда его гениальный ум выдавал новые идеи.

Именно это произошло в 1933 году, когда он изучал скорости движения галактик в скоплении. То, что он обнаружил, было поразительно. Каждая галактика двигалась так быстро, что должна была легко преодолеть гравитационное притяжение всего скопления. Почему же они оставались сгруппированными? Цвикки пришёл к выводу, что их удерживает гравитация, обусловленная тем, что он назвал Dunkle Materie — или «тёмной материей» — находящейся между галактиками.

Что такое тёмная материя?

Прежде всего, следует понимать, что термин «тёмная» означает лишь то, что она невидима, в отличие от планет, звёзд, комет, астероидов, газовых облаков и других объектов, которые доступны для наблюдения. Лишь 5% Вселенной состоит из видимой материи.

Тёмная материя невидима, так как не испускает никакого излучения, посредством которого её можно было бы наблюдать. Она не поглощает и не испускает свет. Однако очевидно, что не вся материя обладает видимым светом или «светимостью».

Краткие факты о тёмной материи

• Составляет около 85% всей материи Вселенной
• Не может быть непосредственно увидена или обнаружена
• Обнаружена Фрицем Цвикки в 1933 году
• Выявляется по гравитационным эффектам
• Предположительно состоит из WIMP (слабо взаимодействующих массивных частиц) или неизвестных частиц

Откуда известно о существовании тёмной материи?

Итак, откуда известно о её существовании? Это вещество «видят» по тому, как оно оказывает гравитационное воздействие на другие астрономические объекты и влияет на их движение. Известно, что во Вселенной нашего размера и стабильности должно существовать больше массы, чем та, которую можно наблюдать. Считается, что тёмная материя составляет часть недостающей массы Вселенной. Именно поэтому тёмную материю изначально называли «недостающей массой».

Почему это важно? Понимание тёмной материи помогает лучше осмыслить формирование галактик и то, что удерживает нашу галактику, не давая ей распасться. Это также помогает понять происхождение Вселенной, принципы её расширения и другие загадки.

Из чего состоит тёмная материя?

Следует помнить, что тёмная материя — это лишь теория. По мере того как телескопы становились мощнее и позволяли наблюдать всё больше участков Вселенной, стало понятно, что гравитации во Вселенной гораздо больше, чем можно было бы объяснить видимой массой. Что же её создаёт? Что это за странное, невидимое, мощное вещество?

Теория	Объяснение	Статус
Тёмная материя	Невидимые частицы создают дополнительную гравитацию	Наиболее принята
WIMP (ВИМПы)	Гипотетические частицы	Пока не обнаружены
Модифицированная гравитация	Гравитация ведёт себя иначе на слабых уровнях	Альтернативная теория

WIMP и другие теории

Большинство астрономов предполагают, что тёмная материя состоит из ещё не открытых частиц, образовавшихся в самой ранней Вселенной, которые слабо взаимодействуют с планетами, звёздами и телами живых организмов. Их называют WIMP (слабо взаимодействующими массивными частицами).

Это не так уж и надуманно. Самая распространённая частица во Вселенной — это нейтрино. Как и WIMP (которые являются гипотетическим классом частиц, предложенных для объяснения тёмной материи), нейтрино также невидимы. Нейтрино также многочисленны и почти не влияют на обычную материю. Ежесекундно триллионы нейтрино проходят сквозь каждый ноготь. Таким образом, не составит труда представить своего рода «усиленные» нейтрино, обитающие в гало вокруг каждой галактики. Это означает, что галактики подобны кораблям в бутылках, заключённым в тёмные, массивные, невидимые сферы.

Каждые несколько лет исследователи полагают, что обнаружили следы WIMP, но эти предположения никогда не подтверждаются.

Может ли гравитация быть иной?

Затем, почти 40 лет назад, израильский физик предложил совершенно иную теорию для объяснения необычного движения галактик. Вместо поиска недостающей массы, которая притягивает всё вокруг, он показал, что тот же эффект наблюдался бы, если бы сама гравитация вела себя иначе на слабых уровнях. Если существует нижний предел того, насколько «слабой» может быть гравитация, то движение Вселенной становится объяснимым без необходимости существования какой-либо тёмной материи вообще.

Часто задаваемые вопросы

Что такое тёмная материя простыми словами?

Тёмная материя — это невидимое вещество, которое невозможно увидеть, но о существовании которого известно благодаря его гравитационному воздействию на галактики и звёзды.

Кто открыл тёмную материю?

Швейцарский физик Фриц Цвикки впервые предположил существование тёмной материи в 1933 году, изучая скопления галактик.

Доказано ли существование тёмной материи?

Тёмная материя убедительно подтверждается доказательствами, но учёные пока не смогли обнаружить её напрямую.

Какой процент Вселенной составляет тёмная материя?

Считается, что около 85% материи Вселенной приходится на тёмную материю.

Может ли теория тёмной материи быть ошибочной?

Некоторые учёные считают, что гравитация ведёт себя иначе, вместо того чтобы предполагать существование тёмной материи, однако этот вопрос остаётся предметом дискуссий.

Итак, что же это? Странная гравитация или некое невидимое вещество? Можно лишь наблюдать за этим научным спором между двумя сторонами, который, вероятно, будет бушевать ещё долгие годы. А пока остаётся лишь смотреть в ночное небо и гадать, действительно ли большая часть космоса остаётся невидимой.

Твитнуть