Тёмная материя
Что такое тёмная материя: почему астрономы уверены, что она есть, какие у неё доказательства, из чего она может состоять и как её ищут.
Тёмная материя — невидимое вещество, которое не излучает и не поглощает свет, но проявляется только через тяготение. По данным реликтового излучения, на неё приходится около 27 % всей энергии Вселенной, в пять с лишним раз больше, чем на обычное вещество, из которого состоят звёзды, планеты и мы с вами.
Как её обнаружили
- Скопления галактик (1933). Швейцарский астроном Фриц Цвикки, измерив скорости галактик в скоплении Волосы Вероники, обнаружил, что они движутся слишком быстро, чтобы удержаться вместе по одной видимой массе. Он назвал недостающую массу «тёмной материей».
- Вращение галактик (1970-е). Вера Рубин изучала движение звёзд в спиральных галактиках. По законам тяготения скорость на краю должна падать, но она остаётся почти постоянной: значит, внутри и вокруг галактики есть невидимая масса.
- Гравитационные линзы. Тёмная материя искривляет свет далёких объектов сильнее, чем может видимое вещество.
- «Скопление Пуля» (2006). Два скопления галактик столкнулись: горячий газ тормозился, а основная масса, определённая по линзированию, прошла вперёд. Масса и газ оказались в разных местах.
- Реликтовое излучение. Структура его неоднородностей требует именно такого количества тёмной материи.
Из чего она может состоять
Точно неизвестно. Это не обычные атомы и не нейтрино (они слишком лёгкие). Основные кандидаты — гипотетические слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), аксионы и стерильные нейтрино. Есть и версия, что тёмная материя — первичные чёрные дыры, образовавшиеся в самой ранней Вселенной, но сегодня её сильно ограничивают наблюдения.
Как её ищут
Подземные детекторы (LUX-ZEPLIN в США, XENONnT в Италии) ждут редкого столкновения частицы тёмной материи с ядром ксенона. Коллайдеры, например Большой адронный, пытаются получить такие частицы в столкновениях. Телескопы ищут излучение от их возможной аннигиляции. Пока ни один эксперимент не нашёл подтверждённого сигнала.
Альтернатива
Некоторые физики предлагают вместо тёмной материи изменить сам закон тяготения на больших расстояниях. Самая известная идея — модифицированная ньютоновская динамика (MOND, Мордехай Милгром, 1983). Она хорошо объясняет вращение отдельных галактик, но хуже справляется со скоплениями и реликтовым излучением, и большинство астрономов предпочитает тёмную материю.
Тёмная материя — одна из двух главных загадок космологии, вторая — тёмная энергия. Основы тяготения — на странице «Тяготение».