Загадка темної матерії: чому її не можна побачити

На кожен атом звичайної матерії у Всесвіті припадає приблизно в 5 разів більше темної матерії. Фізики впевнені, що вона існує, але вони досі не можуть її знайти й навіть зрозуміти, із чого вона насправді складається. Не можна дізнатися точних причин, чому темну матерію важко побачити, поки не відповісти на питання, що таке темна матерія, але це не означає, що вченим взагалі нічого не відомо, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Чому фізики вважають, що темна матерія існує?

Швидкість, із якою об'єкти обертаються один навколо одного, залежить не тільки від їхньої відстані, а й від маси. Масу Сонця дізналися завдяки спостереженням за швидкістю обертання планет навколо зірки. Усе стає складнішим, коли маса, що контролює орбітальну швидкість, розподілена, а не зосереджена в одній точці, але фізики добре справляються з вирішенням подібних проблем.

Якщо дивитися на швидкість обертання зірок в інших галактиках або на швидкість, із якою рухаються галактики в галактичних скупченнях, то можна зрозуміти, як багато маси викликає цей рух. Але коли вчені намагаються оцінити кількість зірок у галактиках та їхні середні маси, то цифри не збігаються.

Видимі зірки не мають достатньої маси, щоб відповідати ефекту, який вони чинять на об'єкти, що розташовані на краю галактики. Деякі фізики вважають, що гравітація у великих масштабах працює інакше, ніж показують моделі, засновані на русі планет у Сонячній системі. Але більшість фізиків вважають цю гіпотезу малоймовірною.

Отже, існує щось, що має велику масу, якої достатньо для викривлення простору-часу так, що це вплине на рух усього іншого, але це не можна побачити. Це і є темна матерія.

Гравітаційне лінзування дає ще більше доказів існування темної матерії. Астрономи бачать, що галактики викривляють і змінюють напрямок світла від віддаленіших об'єктів набагато сильніше, ніж можуть пояснити видимі зірки.

Що таке темна матерія?

Учені вважають, що темна матерія має масу, а значить, чинить гравітаційний вплив, але її все ще не можна побачити. Існують дві найпопулярніші гіпотези, які пояснюють це. Перша гіпотеза полягає в тому, що в гало галактик (просторі навколо них) існують великі об'єкти, які не відбивають світло, і саме вони складають темну матерію. Ці об'єкти, що отримали назву масивні компактні об'єкти гало (MACHO), мають масу Юпітера та бродять серед зірок на околицях галактик. Друга гіпотеза полягає в тому, що темна матерія складається з легких субатомних частинок, які разом могли б забезпечити масу, якої бракує. Їх назвали вімпи або слабо взаємодійні масивні частинки, до того ж слово "масивні" означає те, що вони мають масу, а не те, що вони важкі.

Чому не можна побачити темну матерію?

Не існує універсальної відповіді на питання, чому не можна побачити темну матерію. Якщо темна матерія — це MACHO, то її не можна побачити, тому що астрономи ще не підійшли досить близько до об'єктів такого типу. Якщо темна матерія складається з вімпів, то побачити їх поки що неможливо, адже потрібні спеціальні детектори.

Гіпотеза MACHO зараз не користується популярністю. Різні спостереження показують, що об'єкти такого типу становлять невелику частину маси, яку шукають фізики, якщо така є. Із іншого боку, фізики все ще не відкидають можливості того, що темна матерія може складатися не з вімпів. Коли будуть виявлені частинки темної матерії, то можна буде зрозуміти, чому вона вислизала з поля зору.

Із іншого боку, пошук темної матерії — це щось більше, ніж боротьба між гіпотезами MACHO та вімпів. Існують припущення, що на околицях галактик є набагато більше чорних дір, ніж відомо. Але чорні діри не можна побачити, адже вони поглинають усе, навіть світло. Технічно чорні діри підходять під визначення MACHO, але вважаються чимось іншим.

Чорні діри астрономи знаходять завдяки світлу їхніх акреційних дисків або завдяки їхньому гравітаційному впливу на рух навколишніх зірок. У зовнішніх частинах галактик, де мало зірок і також мало матерії для формування акреційних дисків, чорних дір може бути багато. Існує безліч проблем із поясненням того, звідки могли з'явитися ці чорні діри, тому ця ідея не виявилася такою популярною.

Проте, оскільки інші можливості відпадуть, саме ця ідея може вийти на передній план, надавши пояснення того, чому темну матерію важко знайти.

Як уже писав Фокус, польоти швидше за швидкість світла теоретично можливі, і фізики наближаються до реального варп-двигуна. Якщо люди хочуть подорожувати до інших зірок, то потрібно придумати, як літати швидше за швидкість світла.