В целом в астрономии непосредственно можно наблюдать только объекты, испускающие электромагнитное излучение, в том числе свет. Одно из немногих исключений - нейтрино. Наблюдаемая, или светящаяся, материя, звезды, к примеру, испускает свет, являющийся последствием идущих внутри нее процессов. Или отражает падающие лучи, как это делают планеты Солнечной системы (они отражают солнечный свет) или туманности. Но нельзя сказать, что вся материя видна. Ведь она может и сама не излучать света, и не освещаться близкой звездой, оставаться совершенно непрозрачной и не отражать никакого излучения (как, к примеру, это происходит с углем) или, наоборот, быть столь прозрачной, что ее нельзя заметить и при освещении (например, ряд кристаллов). В астрономии, а еще чаще в космологии такую материю называют темной.
Тем не менее в темной материи происходят некие процессы, поскольку различные формы материи и энергии проявляются во взаимосвязи. Кроме того, темная материя подвержена силе тяготения других тел и влиянию гравитационного поля движущихся светил. Наблюдая аномалии в движении звезд и галактик, мы понимаем, что во Вселенной действительно присутствует темная материя. Благодаря наблюдениям было установлено, что примерно 99% нашей Вселенной невидимо.
ЭМПИРИЧЕСКИЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА.
Первым астрономом, выдвинувшим в 1932 году гипотезу о существовании темной материи, был Ян Оорт. Он, изучая движение звезд Млечного Пути, обнаружил, что в некоторых случаях они проходят галактическую плоскость со скоростью, не соответствующей массе галактики, высчитанной для видимой материи. Всего через год Фриц Цвикке, анализируя галактическое скопление в созвездии Девы, пришел к схожему заключению, но немного другим путем.
И действительно, измерение полной массы скопления, если обсчитать ее и "взвесить" вне связи с самим созвездием, невозможно, поэтому его надо оценивать по частям.
Тем не менее у массы стабильная конфигурация, что можно объяснить, лишь предположив, что на самом деле сконцентрирована масса большая, нежели та, которая доступна наблюдению. И действительно, такая невидимая нам масса удерживает скопление как целое. Придя к подобному выводу, можно говорить, что эта недостающая масса и есть темная материя.
За время, прошедшее с тех пор, было получено много сведений о темной материи. Один из наиболее распространенных методов подтверждения наличия темной материи - построение кривой вращения галактики, в частности спиральной. Кривая вращения изображается на графике, на котором представлены орбитальные скорости обращения звезд вокруг центра галактики, зависящие от расстояния от звезды до центра. Так как звезды, находящиеся на некотором расстоянии от центра, должны обращаться в галактике согласно третьему закону Кеплера, можно было бы ожидать, что их скорость постепенно снижается при увеличении ее расстояния от галактического центра. Но во многих случаях этого не происходит. Кривая вращения не опускается, а наоборот, стремится подняться, как будто звезды, находящиеся в периферийных областях галактики, "притягиваются" на большой скорости значительной невидимой массой.
СОСТАВ.
Из-за невидимости темной материи о ее природе почти ничего не известно. Но существует много гипотез и попыток реконструкции недостающей массы.
Материю согласно физическим представлениям можно разделить на барионическую и небарионическую. Первая - это обычная материя (протоны, электроны и нейтроны), которая возникла на первых после Большого взрыва фазах истории Вселенной. Невидимую барионическую материю можно обнаружить в составе больших планет или маленьких (компактных и неярких) звезд. Подобные объекты (англ. - МАСНО) изучают, используя специальные телескопы. С их помощью наблюдают прохождение подобного тела на фоне звезды, которая контражурно подсвечивает их сзади; при этом происходит феномен гравитационной линзы. Ведется постоянное наблюдение за миллионами звезд, чтобы фиксировать типы и массы МАСНО. Данные, полученные в последнее время, наводят на мысль, что часть находящейся в гало нашей Галактики темной материи, возможно, состоит из белых карликов.
Небарионическая материя представлена странными частицами, из которых наиболее известно нейтрино. Так как нейтрино во Вселенной великое множество, их масса (величина которой до сих пор не установлена), возможно, входит в массу темной материи.
Другой тип небарионических частиц - так называемые слабовзаимодействующие массивные частицы (Wickly Interacting Massive Particles), лишенные электрического заряда и очень слабо взаимодействующие с обычной материей, на что и указывает их название. Одна из этих частиц, гипотетическая (никогда не наблюдавшаяся), - "фотино", аналог фотона. Существование класса частице названиями, оканчивающимися на "ино", было предсказано так называемой теорией сверхсимметрии элементарных сил. При попытке определить, в какой форме существует темная материя, последние наблюдения установили, что она составляет приблизительно 10% от необходимой критической массы, чтобы расширение, происходящее после Большого взрыва, инвертировалось в сжатие.
|
