Загадка темной материи: почему ее нельзя увидеть

На каждый атом обычной материи во Вселенной приходится примерно в 5 раз больше темной материи. Физики уверены, что она существует, но они до сих пор не могут ее найти и даже понять, из чего она на самом деле состоит. Нельзя узнать точных причин, почему темную материю трудно увидеть, пока не ответить на вопрос, что такое темная материя, но это не значит, что ученым вообще ничего не известно, пишет IFLScience.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Почему физики считают, что темная материя существует?

Скорость, с которой объекты вращаются вокруг друг друга, зависит не только от их расстояния, но и от массы. Массу Солнца узнали благодаря наблюдениям за скоростью вращения планет вокруг звезды. Все становится сложнее, когда масса, контролирующая орбитальную скорость, распределена, а не сосредоточена в одной точке, но физики хорошо справляются с решением подобных проблем.

Если смотреть на скорость вращения звезд в других галактиках или на скорость, с которой движутся галактики в галактических скоплениях, то можно понять, как много массы вызывает это движение. Но когда ученые пытаются оценить количество звезд в галактиках и их средние массы, то цифры не совпадают.

Видимые звезды не имеют достаточной массы, чтобы соответствовать эффекту, который они оказывают на объекты, которые находятся на краю галактики. Некоторые физики считают, что гравитация в больших масштабах работает иначе, чем показывают модели, основанные на движении планет в Солнечной системе. Но большинство физиков считают эту гипотезу маловероятной.

Исходя из этого, существует что-то, что имеет большую массу, которой достаточно для искривления пространства-времени таким образом, что это повлияет на движение всего остального, но это нельзя увидеть. Это и есть темная материя.

Гравитационное линзирование дает еще больше доказательств существования темной материи. Астрономы видят, что галактики искривляют и меняют направление света от более удаленных объектов гораздо сильнее, чем могут объяснить видимые звезды.

Что из себя представляет темная материя?

Ученые считают, что темная материя имеет массу, а значит оказывает гравитационное влияние, но ее все еще нельзя увидеть. Существуют две самые популярные гипотезы, которое объясняют это. Первая гипотеза состоит в том, что в гало галактик (пространство вокруг них) существуют крупные объекты, которые не отражают свет и именно они составляют темную материю. Эти объекты, получившие название массивные компактные объекты гало (MACHO), имеют массу Юпитера и бродят среди звезд на окраинах галактик. Вторая гипотеза состоит в том, что темная материя состоит из легких субатомных частиц, которые вместе могли бы обеспечить недостающую массу. Их назвали вимпы или слабо взаимодействующие массивные частицы, причем слово "массивные" означает то, что они имеют массу, а не то, что они тяжелые.

Почему нельзя увидеть темную материю?

Не существует универсального ответа на вопрос, почему нельзя увидеть темную материю. Если темная материя представляет собой MACHO, то ее нельзя увидеть, потому что астрономы еще не подошли достаточно близко к объектам такого типа. Если темная материя состоит из вимпов, то увидеть их пока невозможно, ведь нужны специальные детекторы.

Гипотеза MACHO сейчас не пользуется популярностью. Различные наблюдения показывают, что объекты такого типа составляют небольшую часть массы, которую ищут физики, если таковая имеется. С другой стороны, физики все еще не исключают возможности того, что темная материя может состоять не из вимпов. Когда будут обнаружены частицы темной материи, то можно будет понять, почему она ускользала из виду.

С другой стороны, поиск темной материи — это нечто большее, чем борьба между гипотезами MACHO и вимпов. Существуют предположения, что на окраинах галактик находится намного больше черных дыр, чем известно. Но черные дыры нельзя увидеть, ведь они поглощают все, даже свет. Технически черные дыры подходят по определение MACHO, но считаются чем-то другим.

Черные дыры астрономы находят благодаря свету их аккреционных дисков или благодаря их гравитационному влиянию на движение окружающих звезд. Во внешних частях галактик, где мало звезд и также мало материи для формирования аккреционных дисков, черных дыр может быть много. Существует множество проблем с объяснением того, откуда могли появиться эти черные дыры, поэтому эта идея не оказалась такой популярной.

Тем не менее, поскольку другие возможности отпадут, именно эта идея может выйти на передний план, предоставив объяснение того, почему темную материю трудно найти.

Как уже писал Фокус, полеты быстрее скорости света теоретически возможны и физики приближаются к реальному варп-двигателю. Если люди хотят путешествовать к другим звездам, то нужно придумать, как летать быстрее скорости света.