Што такое цёмная матэрыя? Ці існуе цёмная матэрыя?

Пытанне паходжання Сусвету, яе мінулага і будучыні хваляваў людзей здаўна. На працягу многіх стагоддзяў тэорыі ўзнікалі і аспрэчваліся, прапаноўваючы карціну свету, якая абапіраецца на вядомыя дадзеныя. Грунтоўным узрушэннем для навуковага свету стала тэорыя адноснасці Эйнштэйна. Яна ж ўнесла вялікі ўклад у разуменне працэсаў, якія фарміруюць Сусвет. Аднак і тэорыя адноснасці не магла прэтэндаваць на званне ісціны ў апошняй інстанцыі, не патрабавальнай якіх бы там ні было дапаўненняў. Ўдасканальваюцца тэхналогіі дазволілі астраномам зрабіць неймаверныя раней адкрыцця, якія запатрабавалі новай тэарэтычнай базы або значнага пашырэння ўжо існуючых палажэнняў. Адным з такіх феноменаў стала цёмная матэрыя. Але пра ўсё па парадку.

Справы даўно мінулых дзён

Для разумення тэрміна «цёмная матэрыя» вернемся ў пачатак мінулага стагоддзя. У той час вяршэнстваваць ўяўленне аб Сусвету як пра стацыянарнай структуры. Між тым агульная тэорыя адноснасці (АТА) меркавала, што рана ці позна сіла прыцягнення прывядзе да «зліпанню» ўсіх аб'ектаў космасу ў адзіны клубок, адбудзецца так званы гравітацыйны калапс. Паміж касмічнымі аб'ектамі не існуе сіл адштурхвання. Ўзаемнае прыцягненне кампенсуецца цэнтрабежнымі сіламі, якія ствараюць пастаяннае рух зорак, планет і іншых тэл. Такім чынам падтрымліваецца раўнавагу сістэмы.

Для таго каб прадухіліць тэарэтычны калапс Сусвету, Эйнштэйн увёў касмалагічную пастаянную - велічыню, якая прыводзіць сістэму ў неабходнае стацыянарны стан, але пры гэтым фактычна выдуманую, якая не мае відавочных падстаў.

Якая пашыраецца Сусвет

Вылічэнні і адкрыцця Фрыдмана і Хабла паказалі адсутнасць неабходнасці парушаць стройныя ўраўненні АМАіК пры дапамозе новай пастаяннай. Было даказана, і сёння гэты факт практычна ні ў каго не выклікае сумненняў, што Сусвет пашыраецца, у яе было калісьці пачатак, і аб стацыянарнага гаворкі ісці не можа. Далейшае развіццё касмалогіі прывяло да з'яўлення тэорыі вялікага выбуху. Галоўнае пацверджанне новых здагадак - назіранае павелічэнне з часам адлегласці паміж галактыкамі. Менавіта вымярэнне хуткасці выдалення адзін ад аднаго суседніх касмічных сістэм і прывяло да фарміравання гіпотэзы пра тое, што існуе цёмная матэрыя і цёмная энергія.

Звесткі, што не ўзгадняліся з тэорыяй

Фрыц Цвикки ў 1931 годзе, а потым і Ян Оорта ў 1932-м і ў 1960-х займаліся падлікам масы рэчыва галактык ў аддаленым навале і суадносіны яе з хуткасцю выдалення іх адзін ад аднаго. З разу ў раз навукоўцы прыходзілі да адных і тых жа высноў: такой колькасці рэчывы недастаткова, каб ствараная ім гравітацыя магла ўтрымаць разам галактыкі, якія рухаюцца з гэтак вялікімі хуткасцямі. Цвикки і Оорта выказалі здагадку, што існуе прыхаваная маса, цёмная матэрыя Сусвету, якая не дазваляе касмічным аб'ектам разляцецца ў розныя бакі.

Аднак гіпотэза атрымала прызнанне навуковага свету толькі ў сямідзесятых гадах, пасля абвяшчэння вынікаў працы Веры Рубін. Яна пабудавала крывыя кручэння, наглядна дэманструюць залежнасць хуткасці руху рэчывы галактыкі ад адлегласці, якое аддзяляе яго ад цэнтра сістэмы. Насуперак тэарэтычным здагадках аказалася, што хуткасці зорак па меры выдалення ад галактычнага цэнтра не памяншаюцца, а ўзрастаюць. Растлумачыць падобныя паводзіны свяцілаў можна было толькі наяўнасцю ў галактыкі гало, якое запаўняе цёмная матэрыя. Астраномія, такім чынам, сутыкнулася з зусім нявывучанасці часткай светабудовы.

Ўласцівасці і склад

Цёмнай гэты від матэрыі называюць таму, што яе нельга ўбачыць ніякімі існуючымі спосабамі. Яе прысутнасць апазнаецца па ўскосным прыкмеце: цёмная матэрыя стварае гравітацыйнае поле, пры гэтым не выпраменьваючы зусім электрамагнітных хваль.

Найважнейшай задачай, якая ўзнікла перад навукоўцамі, стала атрыманне адказу на пытанне аб тым, з чаго складаецца гэтая матэрыя. Астрафізікі спрабавалі «напоўніць» яе звыклым барионным рэчывам (барионная матэрыя складаецца з больш-менш вывучаных пратонаў, нейтронаў і электронаў). У цёмны гало галактык ўключалі кампактныя слабоизлучающие зоркі тыпу карычневых карлікаў і велізарныя, па масе набліжаныя да Юпітэра планеты. Аднак падобныя здагадкі не вытрымлівалі праверкі. Барионная матэрыя, звыклая і вядомая, такім чынам, не можа гуляць істотнай ролі ў схаванай масе галактык.

Сёння пошукам невядомых складнікаў займаецца фізіка. Практычныя пошукі вучоных грунтуюцца на тэорыі Суперсіметрыя мікрасвету, згодна з якой для кожнай вядомай часціцы існуе суперсимметричная пара. Вось яны-то і складаюць цёмную матэрыю. Аднак доказаў існавання падобных часціц пакуль атрымаць не ўдалося, магчыма, гэта справа бліжэйшай будучыні.

цёмная энергія

Адкрыццём новага тыпу матэрыі не скончыліся сюрпрызы, якія падрыхтавала Сусвет навукоўцам. У 1998 годзе астрафізікам прадставіўся яшчэ адзін шанец супаставіць дадзеныя тэорый з фактамі. Гэты год адзначыўся выбухам звышновай зоркі ў далёкай ад нас галактыцы. Астраномы вымералі адлегласць да яе і вельмі здзівіліся атрыманых дадзеных: зорка ўспыхнула значна далей, чым гэта павінна было быць згодна з існуючай тэорыі. Аказалася, што хуткасць пашырэння Сусвету з часам павялічваецца: цяпер яна значна вышэй, чым была 14 мільярдаў гадоў таму, калі меркавана здарыўся вялікі выбух.

Як вядома, каб паскорыць рух цела, яму трэба перадаць энергію. Сілу, якая змушае Сусвет пашырацца хутчэй, сталі называць цёмнай энергіяй. Гэта не менш загадкавая частка космасу, чым цёмная матэрыя. Вядома толькі, што для яе характэрна раўнамернае размеркаванне па ўсёй Сусвету, а зарэгістраваць яе ўздзеянне можна толькі на велізарных касмічных адлегласцях.

І зноў касмалагічныя пастаянная

Цёмная энергія пахіснула тэорыю вялікага выбуху. Частка навуковага свету скептычна ставіцца да магчымасці падобнай субстанцыі і выкліканага ёй паскарэння пашырэння. Некаторыя астрафізікі спрабуюць адрадзіць забытую касмалагічную пастаянную Эйнштэйна, якая зноў з разраду вялікай навуковай памылкі можа перайсці ў лік працоўных гіпотэз. Яе прысутнасць у раўнаннях стварае антыгравітацыі, якая прыводзіць да паскарэння пашырэння. Аднак некаторыя следства наяўнасці касмалагічную пастаяннай не ўзгадняюцца з дадзенымі назіранняў.

Сёння цёмная матэрыя і цёмная энергія, складнікі вялікую частку рэчывы ў Сусвеце, - загадкі для навукоўцаў. Адназначнага адказу на пытанне аб іх прыродзе няма. Больш за тое, магчыма, гэта не апошняя таямніца, што захоўвае ад нас космас. Цёмная матэрыя і энергія могуць стаць пярэдаднем новых адкрыццяў, здольных перавярнуць наша ўяўленне пра ўладкаванне Сусвету.