Темная материя

Как правило, астрономы изучают Вселенную по электромагнитному излучению (или свету), который мы видим от нее. Этот свет приходит к нам в форме радиоволн, инфракрасного, оптического, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения. Но что если есть вещество во Вселенной, которое не светится? Как мы вообще можем узнать, что оно там? Как мы можем узнать, сколько его там? Как мы можем узнать, что оно из себя представляет? Такое вещество называется «темная материя», и в настоящее время астрономы считают, что большая часть вещества во Вселенной состоит из этой субстанции. Это вещество не излучает достаточно света, чтобы зарегистрировать его, однако существует различные способы, с помощью которых можно косвенно его обнаружить. Наиболее распространенный метод основан на гравитационном влиянии темной материи как на свет, так и на источники света, которые мы можем видеть. Благодаря эффекту «дополнительной» гравитации, который мы наблюдаем, мы можем оценить, какое количество массы должно быть.


Скопление галактик Абель 85 находится на расстоянии 740 миллионов световых лет от Земли. Изображение представляет собой наложение оптического и рентгеновского снимков. Оптическое изображение получено SDSS. Розовые области соответствуют рентгеновскому излучению. Рентгеновское изображение получено обсерваторией Chandra Ссылка:рентгеновское изображение(NASA/CXC/SAO/A.Vikhlinin et al.); оптическое изображение (SDSS);

Ученые использовали эти и другие наблюдения, чтобы оценить гравитацию, необходимую, чтобы держать вместе всю массу, обнаруженную на изображении. Однако полученная масса была недостаточна для объяснения гравитационной связи системы – таким образом, должна была присутствовать незарегистрированная «недостающая масса». Что может быть этой «недостающей массой»? Те виды вещества, с которым мы сталкиваемся каждый день, состоят из атомов, которые состоят из протонов, нейтронов и электронов. Мы называем такой тип вещества «барионное вещество». Является ли темная материя во Вселенной той же субстанцией, с которой мы знакомы, т.е. барионным веществом? Или каким-то необычным, экзотическим, новым веществом, которое мы могли бы назвать «небарионным»?

Скорее всего имеют место оба типа темной материи, барионное и небарионное вещество. Некоторая часть темной материи может состоять из обычного (барионного) вещества дающего недостаточно света для обнаружения. К этой категории можно отнести такие объекты, как коричневые карлики. Другой, небарионный, тип темной материи может представлять собой очень маленькие, субатомные частицы, которые вовсе не являются частью «нормальной» материи. Если
эти частицы имеют массу и их достаточное количество, то они могут составлять большую часть темной материи, которая, по нашему предположению, существует. Если эта гипотеза верна, то возможно, что большая часть вещества во Вселенной является субстанцией, которую мы даже не можем распознать.

Когда Вселенная была молодой, она была практически однородной. С увеличением возраста происходило ее развитие и она становилась организованной. Мы знаем, что наша солнечная система состоит из планет (включая Землю), вращающихся вокруг Солнца. На масштабах, намного превосходящих масштаб нашей солнечной системы (примерно в 100 миллионов раз больше), звезды собираются в галактики. Наше Солнце - обычная звезда в обычной галактике Млечный Путь. Млечный Путь содержит около 100 миллиардов звезд. Да, это 100 000 000 000 звезд! На еще больших масштабах отдельные галактики собираются в группы, которые астрономы называют скоплениями галактик.

Скопление включает в себя галактики и все вещество, которое находится между галактиками. Сила (или «клей»), которая держит скопление целым – это гравитация – взаимное притяжение всего во Вселенной ко всему. Пространство между галактиками в скоплениях заполнено горячим газом. Этот газ настолько горячий (десятки миллионов градусов), что он излучает рентгеновское излучение, а не видимый свет.

Рентгеновское изображение горячего газа (розовый цвет), находящегося между галактиками, наложено на оптическое изображение скопления галактик. Есть методы, с помощью которых астрономы могут определить, сколько всего вещества находится в этой части пространства. Оказалось, что для того, чтобы система оставалось целой, вещества должно быть в 5 раз больше той массы, которую составляют сами галактики и горячий газ. Таким образом, ученые пришли к выводу, что большая часть вещества в скоплениях галактики невидима, а поскольку эти группы являются самыми большими структурами во Вселенной, то большая часть вещества во Вселенной невидима. Эта невидимая материя была названа «темной материей», этот термин впервые ввел Фриц Цвикки, который открыл недостаток массы в галактиках в 1930 году. В настоящее время проводится много исследований, чтобы определить, из чего состоит темная материя, сколько ее и какое влияние она оказывает на Вселенную в целом.

Ссылки:
NASA
Dark Energy

Type: 
Популярная астрономия