Темная материя

Вот уже два десятилетия физики знают, что наша Вселенная расширяется с ускорением.

Подобно тесту с изюмом, поднимающимся в разгоряченной печи, в наблюдаемом пространстве (то есть Вселенной) галактики и даже целые скопления разлетаются друг от друга. Заметил это еще в 1920 году астроном по имени Эдвин Хаббл; его открытие в конечном итоге привело ученых к современной картине расширения Вселенной. Считается, что за этот процесс ответственна таинственная темная энергия гипотетическая форма энергии, которая равномерно заполняет пространство и составляет 70 процентов Вселенной. Однако сомнения в ее существовании были всегда, даже у самого Эйнштейна. Недавно ученые из Копенгагенского университета удалили из уравнения темную энергию и с помощью компьютерного моделирования посмотрели, может ли Вселенная расширяться без нее. Полученные результаты показали, что расширение Вселенной связано с темной материей, имеющей определенную магнетическую силу. Новое открытие может изменить наше понимание Вселенной.

Из чего состоит Вселенная?

Все, кто интересуется устройством Вселенной знают, что она всего на 5% состоит из привычной нам материи. Еще примерно четверть составляет темная материя загадочная субстанция, о которой не так много известно, так как она недоступна прямому наблюдению. Оставшиеся две трети приходятся на еще более таинственную темную энергию, которая заставляет нашу Вселенную расширяться со все возрастающей скоростью.

Отметим, что по состоянию на 2020 год существование темной энергии подтверждают измерения реликтового излучения теплового излучения, возникшего в ранней Вселенной и равномерно заполняющего пространство.

Так, команда астрофизиков из Физико-математического института им. Кавли (IPMU) установила, что в реликтовом излучении наблюдаются признаки нарушения так называемой пространственной четности одного из фундаментальных свойств мироздания, которое не предсказывает Стандартная модель. По мнению авторов исследования, темная материя и темная энергия нарушают принцип четности, что может указывать на существование «новой физики».

В ходе нового исследования физики решили удалить из уравнения темную энергию.

Еще одним «звоночком» в пользу пересмотра современных представлений о Вселенной стала работа южноафриканских ученых 2019 года. В ней исследователи и вовсе предположили, что темной энергии не существует, так как сама гипотеза о разлетающихся на бешеной скорости галактиках основана на «ложных догадках и некорректных расчетах». Как отмечают авторы научной работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, чтобы доказать это, понадобится гораздо больше данных наблюдения за реликтовым излучением.

Любите космос и все что с ним связано? Подписывайтесь на наш канал в Telegram там вы найдете еще больше интересных статей о последних научных открытиях в этой области!

Темная энергия больше не нужна

Учитывая, что разговоры о «новой физике» не утихают, датские ученые бросились во все тяжкие и вообще убрали из уравнений темную энергию. В ходе работы они проверили модель, согласно которой расширение Вселенной на самом деле происходит из-за формы темной материи, в которой доминирует особый тип магнитной силы.

Как отмечают авторы исследования, они добавили к темной материи еще несколько свойств, с помощью которых она может оказывать непосредственное воздействие на расширение космоса (вместо темной энергии). Поскольку последняя не может быть измерена, а большинство ее характеристик неизвестны, новая теория не кажется надуманной. Для Стина Хансена, одного из авторов исследования, «реальность такова, что мы не слишком много знаем о темной материи, только то, что она состоит из медленных и тяжелых частиц».

Несмотря на все достижения человечества, мы по-прежнему мало знаем о Вселенной.

Читайте также: Что ученым известно о возрасте и расширении Вселенной?

«Возможно, темная материя обладает неким качеством, аналогичным магнетизму. Таким образом, нечто подобное тому, что происходит с обычными частицами, может происходить во Вселенной, когда они движутся и создают магнетизм, или когда магниты притягивают или отталкивают другие магниты. Это постоянное расширение темной материи, вероятно, вызвано какой-то магнитной силой», слова ученого приводит издание Phys.org.

Магнитная сила ключ к тайне расширения Вселенной

В ходе работы ученые разработали компьютерную имитационную модель, которая включала такие переменные, как гравитация, скорость расширения Вселенной и X неизвестная сила, которая расширяет космос и является основой темной энергии.

Предполагая, что частицы темной материи обладают особым типом магнитной силы, модель, разработанная учеными, определила, что эта сила будет иметь точно такое же влияние на скорость расширения Вселенной, как и темная энергия в настоящее время.

Не исключено, что уже совсем скоро ученые смогут ответить на вопрос о том, существует ли темная энергия.

Вам будет интересно: Сколько материи во Вселенной на самом деле?

Учитывая, что исследование может изменить современное понимание Вселенной, астрофизики были осторожны в своих выводах и указали, что «необходимы дополнительные доказательства, основанные на более глубоких исследованиях, чтобы окончательно подтвердить полученные выводы. Если дальнейшие исследования подтвердят полученные датчанами данные, то с темной энергией придется попрощаться, потому что в ее существовании не будет никакого смысла.

Изучение космоса ведется постоянно, но многие тайны до сих пор не удалось раскрыть.

Космос однозначно притягивает к себе интерес. Только одна мысль о том, что где-то там может существовать жизнь будоражит наше сознание. Он помогает нам взглянуть в бесконечность и понять, насколько удивителен и не изучен наш мир. Но притягивать космос может не только взгляды, но и галактики. В том смысле, что в мире существует сила, которая заставляет галактики двигаться в определенном направлении. Примечательно, что ученые считали группы галактик должны двигаться хаотично независимо ни от чего. Однако, используя данные за 3 года исследователи выявили странную закономерность. Может ли быть это ошибкой аппаратуры или это действительно что-то таинственное?

Что такое темный поток?

Темный поток это космологическое явление, которое стало предметом многочисленных дебатов и исследований в области астрофизики. Он относится к загадочному, постоянному движению скоплений галактик в определенном направлении, которое не объясняется стандартной космологической моделью.

Стандартная космологическая модель предполагает, что Вселенная однородна и изотропна, то есть физические свойства должны быть одинаковы независимо от их направления в больших масштабах. Однако наблюдения показали, что скопления галактик движутся в предпочтительном направлении, известном как темный поток.

Космос очень темное место, поэтому многие названия также темные.

Темный поток был впервые обнаружен в 2008 году группой исследователей под руководством Александра Кашлинского из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. Они использовали данные микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона (WMAP) для изучения движения скоплений галактик в больших масштабах.

Читайте также: В космос запустили аппарат JUICE для поиска жизни на спутниках Юпитера.

Куда движутся галактики?

Но в меньших масштабах может наблюдаться очень интересная динамика. Например, наша собственная галактика, Млечный Путь, находится на пути столкновения с нашей ближайшей соседкой, галактикой Андромеды. Примерно через пять миллиардов лет наши галактики столкнутся в титаническом противостоянии, и если наши потомки будут поблизости, чтобы увидеть это зрелище, оно будет весьма впечатляющим.

Помимо этого движения, и Млечный Путь, и Андромеда движутся к скоплению Девы, плотному космическому городу, в котором сосредоточено около тысячи галактик.

И это еще не все. Млечный Путь, Андромеда, само скопление Девы и все другие галактики в близлежащем участке космоса вместе движутся в направлении еще большего скопления, скопления Норма, расположенного в области пространства, известной как Великий Аттрактор.

Ученым было давно известно о движении галактик, нашей планеты и в целом движения Вселенной.

Здесь все становится сложнее. Чем дальше мы заходим в наших наблюдениях, тем труднее становится точно определить движения галактик. Кроме того, астрономы действительно хороши в измерении движения галактик к нам или от нас (на основе смещения света от галактик), но вычислить движения в других направлениях намного сложнее. Поэтому приходится полагаться на компьютерное моделирование, чтобы сделать обоснованное предположение.

Хотя большинство наблюдений за большей вселенной поддерживают точку зрения равномерно расширяющейся во всех направлениях, возникли некоторые несоответствия. В некоторых наблюдениях было замечено крошечное, едва уловимое движение, которое можно пропустить. Похоже, что многие галактики могут двигаться в предпочтительном направлении, а не просто равномерно наружу.

Таким образом команда исследователей и обнаружила, что скопления галактик движутся к области неба вблизи созвездия Центавра со скоростью около 600 км/сек. Это движение не объясняется гравитационным притяжением близлежащих структур или расширением Вселенной, что приводит к предположениям о том, что здесь может действовать какая-то другая неизвестная сила.

Для объяснения темного потока были предложены различные теории. Одна из них заключается в том, что он вызван гравитационным притяжением массивных структур за пределами наблюдаемой Вселенной, которые тянут скопления галактик в определенном направлении. Однако это объяснение остается спорным, поскольку трудно доказать или опровергнуть существование таких структур.

Другая возможность заключается в том, что темный поток является остатком ранней Вселенной, когда она не была однородной и изотропной. Эта теория предполагает, что темный поток может быть сигналом первобытных гравитационных волн, которые могли вызвать асимметрию в начальных условиях Вселенной.

Исследования космоса порой приводят к неожиданным открытиям: ученые обнаружили раннее невиданное событие убегающую черную дыру.

Различие темного потока, темной материи и темной энергии

Ученое сообщество очень любит темное, особенно космология. Этим и объясняются такие названия, но важно различать их для полного понимания. Темный поток, темная энергия и темная материя это три разных, но связанных между собой явления, которые в настоящее время находятся на переднем крае современных астрофизических исследований. Хотя эти три понятия часто путают друг с другом, они представляют собой различные аспекты структуры и эволюции Вселенной.

Ученые постоянно разрабатывают новые методы, которые помогут в обнаружении этих явлений.

Много людей слышали про загадочную темную материю, так вот, и ученые пока только слышали, ведь найти ее не так уж и просто она не взаимодействует с электромагнитными волнами и не видна через телескопы. Но есть то, что вполне ее выдает гравитационное воздействие на видимую материю, такую как галактики и их скопления, этим и подтверждается ее наличие. Темная материя составляет около 27% от всей материи во Вселенной, тогда как обычная занимает всего 5%, а темная энергия 68%. Но ее природа до сих пор неизвестна, и физики и астрономы продолжают ее изучать.

Темная энергия, с другой стороны, отвечает за ускоренное расширение Вселенной. Она действует отталкивающей силой, которая противодействует гравитации и заставляет Вселенную расширяться все быстрее. Но и ее природа также остается загадкой.

Ну, а про темный поток мы говорили выше.

Природа темного потока

Существует множество гипотез, связанных с этим явлением, но большинство исследователей утверждают, что темный поток возник в самых ранних моментах после возникновения Вселенной. Астрономы считают, что это произошло всего лишь через долю секунды после Большого Взрыва, еще до периода инфляции короткого времени, когда Вселенная начала расширяться с невероятной скоростью. Однако, природа и происхождение этого явления до сих пор остаются загадкой и скрыты за пределами нашей наблюдаемой Вселенной.

Теория о мультивселенных остается вполне вероятной, но в то же время противоречивой.

Одна из моделей, основанная на теории струн, предлагает интересную вариацию, которая соответствует всем известным фактам. Согласно этой модели, наша Вселенная может иметь Вселенную-близнеца, которая возникла после Большого Взрыва, и существует параллельно с нашей.

Чтобы оставаться в курсе последних новостей из мира науки подписывайтесь на наш Дзен и Telegram-канал.

Несмотря на множество исследований, природа и происхождение темного потока все еще неясны. Для полного понимания этого интригующего явления требуются дальнейшие наблюдения и исследования крупномасштабной структуры Вселенной.

Ученые считают, что темная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением, поэтому ее нельзя наблюдать непосредственно через телескопы.

Поиски таинственной материи, которая присутствует и оказывает сильное влияние на Вселенную идут уже не один десяток лет. Ее неуловимая форма известна, как темная материя. И хотя она не излучает свет, радиоизлучение и не взаимодействует с электромагнитными полями, присутствие ее все равно ощутимо. А ощущается оно из-за сильного гравитационного воздействия на звезды и галактики. Кроме того известно об ее существовании уже давно, но все попытки хоть как-то посмотреть на нее не увенчались успехами. Однако, новые исследования приближают к пониманию этого загадочного объекта. В частности, ученые использовали гравитационное изгибание света, чтобы раскрыть некоторые тайны темной материи.

Невидимая материя, как такое возможно?

По своей природе темная материя является уникальной ее скрытность просто поражает ученое сообщество. До сих пор нет ни одного действенного способа, чтобы ее обнаружить. Но не все так плохо, наука развивается, а вместе с тем проводятся и новые исследования.

В отличие от обычной материи, которая сгущается под действием гравитации, темная материя распределяется по всей Вселенной равномерно.

Таким образом, ученые решили, что есть несколько моделей, которые помогут понять темную материю. Одна из них говорит о том, что это такие слабо взаимодействующие частицы, называют их ВИМПами. Другое предположение говорит о том, что это легкие частицы их называют аксионами. А самое интересное это их поведение, ВИМПы ведут себя как дискретные частицы, то есть отдельные, а вот аксионы больше походят на волны из-за квантовой интерференции.

Квантовая интерференция это явление, которое происходит в мире частиц, таких как атомы или электроны. Когда эти частицы перемещаются, они могут проходить через два или более отверстия, создавая на экране интерференционную картину в виде полос или точек. Это происходит потому, что частицы ведут себя как волны и могут наложиться друг на друга, создавая усиление или ослабление. Квантовая интерференция играет важную роль в квантовой физике и используется, например, в квантовых компьютерах.

Темная материя играет важную роль в космологии, потому что она объясняет распределение гравитационных потенциалов в галактиках и их кластерах. Наблюдения показывают, что галактики содержат гораздо больше массы, чем видимая материя, такая как звезды и газ. Темная материя может объяснить эту дополнительную массу и составляет примерно 27% Вселенной.

Эту загадочную материю нельзя обнаружить просто так, но есть один способ посмотреть на ее взаимодействие. Анализирование гравитационных линз, как сообщается в новом исследовании сыграло в этом большую роль.

Читайте также: В космос запустили аппарат JUICE для поиска жизни на спутниках Юпитера.

Гравитационное линзирование и кольца Эйнштейна

Гравитационное линзирование происходит, когда свет, исходящий от отдаленных объектов в космосе, проходит через гравитационное поле массивных объектов, таких как галактики или скопления галактик, и при этом искажается и усиливается.

Благодаря линзированию изображение далеких объектов в космосе, таких как галактики и квазары, искажается и увеличивается в размерах, что делает их более заметными и изучаемыми для астрономов.

Одним из особых типов гравитационного линзирования являются кольца Эйнштейна, которые образуются, когда гравитационное поле массивной галактики, расположенной на пути света от заднего источника, искажает его изображение. Таким образом, формируется характерное кольцевидное изображение заднего источника света вокруг галактики-линзы.

Может быть интересно куда движутся все галактики и что такое темный поток?

Астрономы используют кольца Эйнштейна для исследования темной материи, окружающей ближайшие галактики. Анализ искаженных изображений позволяет более подробно изучать распределение темной материи в космосе и ее влияние на развитие галактик и Вселенной в целом. Это важный инструмент для расширения наших знаний и понимания устройства космоса.

Так что же такое темная материя аксионы или ВИМПы?

Последние исследования сосредоточены как раз изучением колец Эйнштейна, которые обладают свойствами, похожими на темную материю. Для этого проводятся различные тесты, чтобы понять, как темная материя искажает изображения. Таким образом, в ходе исследований ученые обращали внимание на различные системы, в которых можно было наблюдать несколько копий одного и того же объекта вокруг передней линзы.

Считается, что темная материя возникла вскоре после Большого взрыва, и что она была важной составляющей для образования галактик и звезд в нашей Вселенной.

Космос полон тайн, но постепенно наука находит ответы даже на самые сложные из них, например, недавно исследователям удалось разгадать секреты невидимой галактики.

Это необходимо было для того, чтобы определить как именно изображения искажаются. Они провели детальное моделирование, чтобы понять, чем все же является темная материя ВИМПами или же аксионами. Интересно то, что модель ВИМПов оказалась не такой точной, а вот аксионы порадовали ученых они смогли воспроизвести все особенности системы.

Это уникальное открытие говорит о том, что аксионы могут быть более вероятными кандидатами на роль темной материи, чем ВИМПы. Этот результат вызывает особый интерес среди ученых, поскольку аксионы могут помочь объяснить аномалии линзирования и другие астрофизические наблюдения. Если этот результат будет подтвержден, то это может стать важным прорывом в понимании того, что такое темная материя и как она влияет на нашу Вселенную.

Природа темной материи и ее расшифровка

Исследование, хотя и не предоставляет окончательного ответа на вопрос о природе темной материи, открывает новые перспективы для экспериментов и тестирования. В будущем исследования, основанные на гравитационном линзировании, могут помочь установить волновую природу аксионов и измерить их массу.

Темная материя состоит из неизвестных частиц, которые еще не были обнаружены. Ученые надеются, что будущие эксперименты помогут раскрыть ее тайны и помогут понять больше о нашей Вселенной.

А чтобы быстрее понять все тайны Вселенной подписывайтесь на наш Telegram и Дзен, ведь там публикуются только самые актуальные новости!

Расшифровка природы темной материи может привести к новым открытиям в физике элементарных частиц и ранней Вселенной, а также помочь лучше понять процессы формирования и эволюции галактик. Дополнительные исследования воздействия темной материи на космологические явления могут принести огромную пользу науке и помочь раскрыть тайны нашего мира, что имеет важное значение для человечества.

Черные дыры скрывают в себе множество тайн. Теперь исследователи полагают, что некоторые из них могут являться источником темной материи и даже содержать внутри себя целые вселенные.

Черные дыры странные. Эти удивительные объекты, существование которых было окончательно доказано и вещественно подтверждено в 2019 году, представляют собой область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что объекты, движущиеся со скоростью света (и даже кванты самого света) не могут ее покинуть. Но не все черные дыры одинаковы: исследователи полагают, что существуют первичные черные дыры объекты, которые предположительно образовалась в момент начального расширения Вселенной, когда еще не было ни звезд ни галактик. Именно к ним приковано внимание международной команде астрофизиков из Физико-математического института имени Кавли (Япония), которые выдвинули крайне необычное предположение о роли первичных черных дыр в структуре Вселенной: исследователи предположили, что первичные черные дыры могут отвечать за всю темную материю Вселенной или некоторую ее часть, за некоторые из наблюдаемых гравитационно-волновых сигналов, а также служить зародышами сверхмассивных черных дыр, расположенных в центре нашей и других галактик.

Самое интересное, однако, заключается в том, что согласно новой странной теории, первичные черные дыры могут содержать свернутые вселенные. Авторы работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters еще в октябре 2020 года, полагают, что вся наша Вселенная для стороннего наблюдателя может выглядеть как любая другая черная дыра. По мнению команды астрофизиков, эти крошечные дочерние вселенные, существующие внутри первичных черных дыр, могли отделиться от основной Вселенной после Большого взрыва. Напомню, что главная идея теории дочерней вселенной заключается в том, что наша Вселенная могла разделиться на несвязанные между собой части из-за эффектов квантовой гравитации.

Читайте также: Физики полагают, что параллельные вселенные существуют и скоро это можно будет доказать

Тайны первичных черных дыр

В ходе работы команда астрофизиков с головой погрузилась в изучение первичных черных дыр, которые, как считается, образовались как часть ранней Вселенной, когда еще не было ни звезд, ни галактик. Для изучения этих экзотических объектов исследователи использовали камеру Hyper Suprime-Cam (HSC) огромного 8,2-метрового телескопа Subaru, расположенного вблизи вершины горы Мауна-Кеа на Гавайях. Subaru способен получать изображения всей галактики Андромеды каждые несколько минут, помогая ученым наблюдать сто миллионов звезд за один раз.

В ходе работы ученые рассмотрели ряд сценариев, особенно связанных с «инфляцией» периодом быстрого расширения Вселенной после Большого взрыва. Исследователи подсчитали, что в процессе инфляции космический климат созрел для создания первичных черных дыр различной массы. Интересно, что некоторые из них отражают характеристики, свойственные темной материи.

Первычные черные дыры могут являться ключом к величайшим загадкам космологии.

Мы до сих пор не знаем, из чего состоит темная материя, но, поскольку известно, что черные дыры существуют, вопрос о том, может ли темная материя состоять из черных дыр, которые могли образоваться до того, как образовались звезды и галактики, естественнен, — сказал в интервью изданию Motherboard астрофизик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и ведущий автор исследования Александр Кусенко.

Еще один способ, с помощью которого могли образоваться первичные черные дыры теория дочерней вселенной. В пресс-релизе исследования авторы научной работы отмечают, что «младенческая или дочерняя Вселенная в конечном итоге разрушилась бы, а огромный выброс энергии привел бы к образованию черной дыры». Что также интересно, гибель некоторых больших дочерних вселенных, вряд ли осталась бы незамеченной. Согласно теория гравитации, разработанной Альбертом Эйнштейном, такая вселенная может восприниматься наблюдателями по-разному. Если бы вы были внутри нее, то увидели бы расширяющуюся Вселенную. Но окажись вы снаружи, эта дочерняя вселенная выглядела бы как черная дыра.

Еще больше увлекательных статей о том, как устроена наша Вселенная и что могут скрывать черные дыры, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Если следовать этой логике мультивселенной, то вполне возможно, что, хотя первичные черные дыры кажутся нам черными дырами, их истинная структурная природа может быть скрыта их «горизонтами событий» границами, окружающими черные дыры, из которых не может вырваться даже свет. Внутри этих объектов, по мнению Кусенко, могут также находиться крошечные вселенные, лишенные материи, которые начали и не смогли сформироваться, когда наша собственная вселенная быстро расширялась.

Эффекты квантовой гравитации, возможно, породили дочерние вселенные. Не исключено также, что мы с вами как раз живем в одной из таких вселенных.

Следует отметить, что, хотя это и странно и, кажется, противоречит здравому смыслу, это далеко не первая научная работа, отображающая подобные идеи. Исследование, проведенное ранее в 2020 году, показало, что так называемые «заряженные» черные дыры могут включать в себя бесконечно повторяющиеся фрактальные вселенные различных размеров, включая миниатюрные, которые могут растягиваться и деформироваться во всех направлениях.

Более того, тема Мультивселенной сегодня настолько популярна, что в 2020 году стала главной темой научно-популярного фестиваля Geek Picnic, о чем я подробно рассказывала в этой статье. Всем любителям мультивсерса рекомендую к прочтению.

Как отмечают участники международной команды, стоящей за исследованием, в будущем астрофизики продолжат наблюдения с помощью телескопа Subary, а значит, возможно, нас ожидают удивительные открытия. Так что будем надеяться, что совместные усилия исследователей прольют столь необходимый свет на природу темной материи, дочерних вселенных и других, не менее. интригующих вопросов о нашей Вселенной.

Наглядная иллюстрация таинственного затемнения Бетельгейзе (Фото: NASA). Авторы нового исследования полагают, что раскаленное ядро звезды может оказаться самой настоящей «фабрикой аксионов».

Вот уже несколько десятилетий ученые пытаются понять природу темной материи гипотетической субстанции, которая ответственна за структуру Вселенной но не поддается прямому наблюдению, так как не вступает в электромагнитное взаимодействие. Считается, что темная материя составляет 85% всей материи в наблюдаемой Вселенной, вот только измерить ее можно лишь косвенно. Недавно физики из Чикагского университета разработали устройства, способные обнаружить слабые сигналы от субатомных частиц, в том числе «аксионов» частиц массой в одну миллионную или миллиардную электрона, которые могут входить в состав темной материи. Исследователи полагают, что их изобретение значительно ускорит поиски этой таинственной субстанции, но есть и другие способы. Так, ученые из Массачусетского технологического института (MIT) обратили внимание на ближайшую к нашей планете звезду Бетельгейзе. Они предполагают, что в ядре раскаленного красного сверхгиганта может находиться самая настоящая «фабрика аксионов». И если эти гипотетические частицы действительно образуются в столь экстремальной среде, они должны быть способны вырваться наружу и устремиться в большом количестве к Земле.

Частицы темной материи

Впервые существование аксионов было предсказано в 1977 году, но большое внимание эти субатомные частицы привлекли в последние десятилетия. Сегодня они являются популярным способом объяснить существование темной материи. Интересно, что свойства аксионов плохо определены, известно лишь, что они практически не взаимодействуют с обычной материей и обладают массой. Несмотря на то, что свидетельств существования аксионов на сегодняшний день обнаружено не было, их поиском занимаются сразу несколько независимых исследовательских команд.

Необходимо также отметить, что помимо аксионов, существует множество косвенных способов, позволяющих определить существование темной материи: от эффектов скрытой массы (их просто объяснить с помощью существования во вселенной больших объемов неизлучающего вещества), до особенностей в данных по наблюдению за реликтовым микроволновым излучением.

Согласно ведущей космологической теории, примерно 85% массы Вселенной состоит из материала, который ученые не могут непосредственно наблюдать. Эта гипотетическая материя, сегодня известная всему миру как таинственная темная материя, не излучает ни света, ни энергии.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира научных открытий и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram!

Сердце Бетельгейзе фабрика аксионов

Согласно результатам исследования, результаты которого были представлены в ходе встречи American Physical Societys April meeting, фотоны и аксионы практически не взаимодействуют в три раза меньше, чем считалось ранее. В ходе исследования для поиска рентгеновской сигнатуры, исходящей от Бетельгейзе, был использован космический ядерный спектроскопический телескоп NASA (NuSTAR).

«Термоядерное ядро звезды хорошее место для обнаружения большого количества как фотонов, так и магнетизма, и Бетельгейзе, масса которой в 20 раз превышает массу Солнца, вполне может быть «тем, что мы называем фабрикой аксионов», отметил ведущий автор исследования Мэн Цзяо Сяо в интервью Live Science.

Бетельгейзе ярко-красная точка в созвездии Ориона является хорошо изученной звездой. С космологической точки зрения этот красный сверхгигант находится достаточно близко к Земле, расположившись от нее всего в 520 световых годах. В прошлом году Бетельгейзе попала в заголовки мировых СМИ когда начала тускнеть. Это событие вызвало переполох, так как некоторые исследователи предполагали, что в скором будущем наша звездная соседка превратится в сверхновую.

Атмосфера Бетельгейзе выглядит так. Фото NASA, ESA

Поскольку Бетельгейзе звезда горячая и большая, ее ядро может являться идеальным местом для поиска аксионов, которые могут иметь, возможно, миллионную или даже миллиардную массу электрона. Существует также небольшая вероятность того, что фотоны или легкие частицы могут превращаться в аксионы в присутствии сильного магнитного поля. «Взаимодействуя с естественным магнитным полем галактики Млечный Путь, эти аксионы могут быть преобразованы обратно в фотоны в рентгеновской части электромагнитного спектра», отмечает Сяо.

Читайте также: Физики изобрели способ обнаружить темную материю

Так как Бетельгейзе находится на той стадии своей эволюции, когда не излучает много рентгеновского света, любое исходящее от нее излучение может указывать на присутствие аксионов. Но даже если бы исследователи увидели неожиданные рентгеновские лучи, исходящие от звезды, это не обязательно означало бы, что аксионы реальны. Многие ученые отмечают, что им все равно придется исключить многие объяснения сигнала, не связанные с темной материей, прежде чем речь пойдет об открытии новых субатомных частиц.

Наглядная иллюстрация таинственного затемнения Бетельгейзе (Фото: NASA). Авторы нового исследования полагают, что раскаленное ядро звезды может оказаться самой настоящей «фабрикой аксионов».

Вот уже несколько десятилетий ученые пытаются понять природу темной материи гипотетической субстанции, которая ответственна за структуру Вселенной но не поддается прямому наблюдению, так как не вступает в электромагнитное взаимодействие. Считается, что темная материя составляет 85% всей материи в наблюдаемой Вселенной, вот только измерить ее можно лишь косвенно. Недавно физики из Чикагского университета разработали устройства, способные обнаружить слабые сигналы от субатомных частиц, в том числе «аксионов» частиц массой в одну миллионную или миллиардную электрона, которые могут входить в состав темной материи. Исследователи полагают, что их изобретение значительно ускорит поиски этой таинственной субстанции, но есть и другие способы. Так, ученые из Массачусетского технологического института (MIT) обратили внимание на ближайшую к нашей планете звезду Бетельгейзе. Они предполагают, что в ядре раскаленного красного сверхгиганта может находиться самая настоящая «фабрика аксионов». И если эти гипотетические частицы действительно образуются в столь экстремальной среде, они должны быть способны вырваться наружу и устремиться в большом количестве к Земле.

Частицы темной материи

Впервые существование аксионов было предсказано в 1977 году, но большое внимание эти субатомные частицы привлекли в последние десятилетия. Сегодня они являются популярным способом объяснить существование темной материи. Интересно, что свойства аксионов плохо определены, известно лишь, что они практически не взаимодействуют с обычной материей и обладают массой. Несмотря на то, что свидетельств существования аксионов на сегодняшний день обнаружено не было, их поиском занимаются сразу несколько независимых исследовательских команд.

Необходимо также отметить, что помимо аксионов, существует множество косвенных способов, позволяющих определить существование темной материи: от эффектов скрытой массы (их просто объяснить с помощью существования во вселенной больших объемов неизлучающего вещества), до особенностей в данных по наблюдению за реликтовым микроволновым излучением.

Согласно ведущей космологической теории, примерно 85% массы Вселенной состоит из материала, который ученые не могут непосредственно наблюдать. Эта гипотетическая материя, сегодня известная всему миру как таинственная темная материя, не излучает ни света, ни энергии.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира научных открытий и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram!

Сердце Бетельгейзе фабрика аксионов

Согласно результатам исследования, результаты которого были представлены в ходе встречи American Physical Societys April meeting, фотоны и аксионы практически не взаимодействуют в три раза меньше, чем считалось ранее. В ходе исследования для поиска рентгеновской сигнатуры, исходящей от Бетельгейзе, был использован космический ядерный спектроскопический телескоп NASA (NuSTAR).

«Термоядерное ядро звезды хорошее место для обнаружения большого количества как фотонов, так и магнетизма, и Бетельгейзе, масса которой в 20 раз превышает массу Солнца, вполне может быть «тем, что мы называем фабрикой аксионов», отметил ведущий автор исследования Мэн Цзяо Сяо в интервью Live Science.

Бетельгейзе ярко-красная точка в созвездии Ориона является хорошо изученной звездой. С космологической точки зрения этот красный сверхгигант находится достаточно близко к Земле, расположившись от нее всего в 520 световых годах. В прошлом году Бетельгейзе попала в заголовки мировых СМИ когда начала тускнеть. Это событие вызвало переполох, так как некоторые исследователи предполагали, что в скором будущем наша звездная соседка превратится в сверхновую.

Атмосфера Бетельгейзе выглядит так. Фото NASA, ESA

Поскольку Бетельгейзе звезда горячая и большая, ее ядро может являться идеальным местом для поиска аксионов, которые могут иметь, возможно, миллионную или даже миллиардную массу электрона. Существует также небольшая вероятность того, что фотоны или легкие частицы могут превращаться в аксионы в присутствии сильного магнитного поля. «Взаимодействуя с естественным магнитным полем галактики Млечный Путь, эти аксионы могут быть преобразованы обратно в фотоны в рентгеновской части электромагнитного спектра», отмечает Сяо.

Читайте также: Физики изобрели способ обнаружить темную материю

Так как Бетельгейзе находится на той стадии своей эволюции, когда не излучает много рентгеновского света, любое исходящее от нее излучение может указывать на присутствие аксионов. Но даже если бы исследователи увидели неожиданные рентгеновские лучи, исходящие от звезды, это не обязательно означало бы, что аксионы реальны. Многие ученые отмечают, что им все равно придется исключить многие объяснения сигнала, не связанные с темной материей, прежде чем речь пойдет об открытии новых субатомных частиц.

Темная материя не участвует в электромагнитном взаимодействии, а значит, не подлежит прямому наблюдению.

Совсем недавно, в 2014 году, астрофизики Лиза Рэндалл и Мэтью Рис из Гарвардского университета предположили, что самые большие гравитационные возмущения Облака Оорта могут быть вызваны невидимым тонким диском экзотической темной материи. Астрономы считают, что темная материя таинственная форма материи, которая взаимодействует только через силу гравитации составляет около 85 процентов всей материи во Вселенной. Удивительно, но вся видимая материя, то есть планеты, звезды, туманности и галактики составляют всего 15 процентов от общего количества. Увидеть темную материю нельзя, но она искривляет пространство-время, как и обычная материя, хотя таковой, конечно, не является. Более того, она даже не может состоять из тех же частиц, что образуют все привычное нам, в противном случае, мы могли бы ее увидеть. Исследователи отмечают, что на каждый килограмм обычной материи, состоящей из нейтронов, протонов и электронов, приходится пять килограмм темной материи, состоящей неизвестно из чего. Но если это таинственная субстанция существует во всей Вселенной, можно ли обнаружить ее здесь, на Земле?

Гости из Облака Оорта

В 1997 году комета Хейла-Боппа заворожила землян, проходя через Солнечную систему. Эта небесная странница оказалась родом из далекого Облака Оорта области, откуда появляются все кометы и которой окружена внешняя часть нашей Солнечной системы. Свое название это месторождение комет получило в честь Яна Оорта, необычного ученого который объяснил в 1932 году абсурдное несоответствие между видимой материей нашей Галактики и скоростью ее звезд.

Оорт заявил, что Млечный Путь заполняет неизвестный вид материи, которая никогда прежде не обнаруживалась ни в какой форме, ни здесь, на Земле, ни где-либо еще потому что она не взаимодействует со светом и недоступна прямому наблюдению. Эту таинственную субстанцию астроном назвал темной материей. Согласно его работе, видимые эффекты темной материи проявляются лишь косвенным путем через гравитацию, которая искривляет пространство-время. Интересно, что все проведенные с 30-х годов многочисленные эксперименты пришли к такому же выводу.

Комету Хейла-Боппа можно было наблюдать невооруженным глазом на протяжении долгих 18 месяцев. Она считается самой наблюдаемой кометой ХХ века, а возможно и за всю историю изучения космоса.

Темная материя существует повсюду, вокруг галактик, вокруг нашего собственного Млечного Пути и по всей Вселенной.

Итак, темной материи во Вселенной в пять раз больше, чем обычной. Но так как она не поддается прямому наблюдению, может быть стоит искать ее не вглядываясь в далекие галактики, а прямо здесь, на Земле (или хотя бы в пределах нашей Солнечной системы)?

Поиски темной материи

По мнению физика-теоретика Стивен Адлера из Института перспективных исследований в Принстоне, если масса Земли и Луны при измерении вместе кажется больше, чем их массы по отдельности, эту разницу можно объяснить ореолом темной материи между ними.

К такому выводу Адлер пришел частично после после изучения исследований, в которых массу Луны измерили с помощью лунных орбитальных аппаратов, а массу Земли с помощью геодезических спутников LAGEOS, которые находятся на орбите уже много лет. Лазеры, выпущенные по спутникам, показывают радиус орбиты каждого спутника и время, необходимое каждому для завершения этой орбиты. Исходя из таких измерений, ученые могут рассчитать гравитационное притяжение спутников и, следовательно, величину массы, которая это притяжение оказывает.

На этой иллюстрации показана Земля, окруженная теоретическими нитями темной материи, называемыми «волосками».

Вам будет интересно: Существует ли на самом деле темная материя?

Затем Адлер изучил исследования, которые измеряли расстояние от Земли до Луны с помощью лазеров, отражающихся от лунных зеркал, установленных миссиями «Аполлон». Если Земля оказывает необычайно сильное притяжение на Луну, которая находится примерно в 384 000 километрах, чем на спутники LAGEOS, расположенные примерно в 12 300 километрах, дополнительное притяжение может быть связано с гало темной материи между Луной и искусственными спутниками.

«Основываясь на имеющихся данных о том, что между Землей и Луной находится не более 24 триллионов метрических тонн темной материи. Такое гало темной материи может объяснить аномалии, наблюдаемые на орбитах «Пионера», «Галилея», «Кассини», «Розетты» и космических аппаратов ближнего полета», отмечает Адлер.

Адлер также предполагает, что темная материя может оказать драматическое воздействие на четыре газовых гиганта в нашей солнечной системе Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Если эти массивные миры гравитационно захватили темную материю, то частицы темной материи могут буквально врезаться в них это редкие события, но достаточные, чтобы нагреть газовые гиганты и объяснить, почему внутренности этих планет (и даже Земли) кажутся более горячими, чем могут объяснить известные механизмы.

Темная материя присутствует повсюду во Вселенной. Так может она есть и на Земле?

Возможный нагрев планет темной материей также может оказаться ключом к разгадке неизвестных свойств вещества например, как часто оно сталкивается с обычной материей или собирается ли темная материя вокруг звезд и планет, а не равномерно распространяется по галактике. Как пишет Scientific American, если частицы темной материи являются их собственными античастицами, как предполагают некоторые исследователи, энергия, выделяемая при их аннигиляции, будет нагревать планеты гораздо больше, чем просто столкновения с атомами. Такой сценарий подразумевал бы, что темная материя не может сильно сгущаться в нашей Cолнечной системе, иначе Cолнечная система была бы намного горячее.

Читайте также: Может ли темная материя быть старше Большого взрыва?

Однако астрофизик Анника Питер из Калифорнийского технологического института скептически относится к тому, что темная материя изменяет тепло планет, говоря, что для этого потребуется «нереальное количество темной материи». А астроном Эндрю Гулд из Университета штата Огайо сомневается в том, что в солнечной системе скапливается много темной материи он утверждает, что гравитационные взаимодействия с планетами должны в основном выбрасывать ее, точно так же, как они очистили большую часть первоначальной нормальной материи солнечной системы. Тем не менее, по мере того, как солнечная система бороздит галактику, она может накапливать дополнительную темную материю.

Так или иначе на данный момент существование любой темной материи в Солнечной системе остается столь же загадочным, как и ее присутствие повсюду. А как вы думаете, смогут ли ученые в ближайшем будущем найти темную материю и что принесет человечеству это открытие? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Сегодня физики все чаще отходят от идеализированных сценариев и обращаются к сложной реальности.

Человечество можно назвать амбициозным видом. Мы живем на маленькой планете, вращающейся вокруг обыкновенной звезды и все же стремимся разгадать все тайны Вселенной. Возьмем, к примеру, темную материю. Считается, что она составляет большую часть материи в галактиках, однако наблюдать ее невозможно эта таинственная субстанция не взаимодействует с электромагнитным излучением. Мы знаем о ее предполагаемом существовании благодаря гравитационному эффекту, который она оказывает на наблюдаемые нами объекты. Сегодня и темная материя и темная энергия являются основными столпами ведущей космологической модели. Недавно в журнале Astronomy and Astrophysics вышло исследование, в котором перечислены доказательства существования темной материи в самых первых галактиках во Вселенной. Но если ученые ошибаются и никакой темной материи/энергии на самом деле не существует, наши представления об устройстве мироздания придется пересмотреть. А это, согласитесь, серьезно.

Поиски невидимой материи

В 1970-х астрономы Вера Рубин и Кент Форд представили новую теорию, способную объяснить наблюдаемое поведение звезд, планет и галактик. Они предположили, что некая невидимая субстанция оказывает сильное гравитационное воздействие на видимые небесные тела. По мнению Рубин и Форда эта «темная материя» удерживает космические объекты вместе, как будто склеивая их.

Исследователи также пытались понять почему небесные тела, расположенные за пределами центра галактики, вращаются с той же скоростью что и объекты рядом с ним. Такое положение вещей противоречит закону Ньютона, согласно которому звезды и газ должны замедляться по мере удаления от галактического центра, однако наблюдения показывают, что это не так, а объяснить происходящее может наличие таинственной материи.

Возможно темная материя не существует

Теория Форда и Рубин, однако, не получила всеобщего признания, а многие исследователи по-прежнему уверены, что темной материи не существует. С ними готовы поспорить ученые из NASA как показали результаты нового исследования, существует ряд факторов, подтверждающих выводы 1970-х годов.

Больше по теме: Может ли темная материя формироваться из обычной материи?

Темная материя внутри галактик

Наличие невидимой субстанции, «склеивающей» звезды и планеты, меняет наше понимание Вселенной. Дело в том, что наблюдаемая материя в галактиках составляет всего 20% исследователи называют эту материю барионной (это означает, что она состоит из таких субатомных частиц как протоны, нейтроны и электроны). Остальные 80% остаются невидимыми и непонятными.

Авторы работы, опубликованной в научном журнале Astronomy and Astrophysics, приводят новые доказательства в пользу существования темной материи. Объектом исследования стали не менее 260 молодых спиральных галактик, в которых формируются новые звезды.

Перел вами спиральная галактика NGC 986

Напомним, что расстояние между нашей планетой и выбранными объектами составляет примерно семь миллиардов световых лет. Это означает, что они сформировались когда Вселенная была в два раза моложе чем сегодня (возраст Вселенной составляет примерно 13,8 миллиардов лет). По форме эти галактики напоминают Млечный Путь с его спиральными рукавами из звезд и газовых облаков.

Еще больше статей о тайнах Вселенной и темной материи читайте на нашем канале Пульс Mail.ru Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Астрономам удалось подтвердить, что эти молодые галактики окружены ореолом темной материи, исходящим из галактического центра. Эти гало, однако, намного компактнее, чем у ближайших к нам галактик, а значит распределение темной материи внутри галактик медленно расширяется с течением времени.

Мы полагаем, что это явление иллюстрирует прямое взаимодействие между частицами темной материи и обычными барионными частицами: плотность ореолов меняется и выходит за рамки известных гравитационных взаимодействий, пишут исследователи.

Темную материю нельзя увидеть, но это не значит, что ее не существует

Астрономы также указывают, что темная материя отвечает не только за крупномасштабную структуру Вселенной (подробности здесь), но и за скопления галактик, удерживающихся вместе. А вы знали, что темная материя может скрываться в дополнительном измерении? Все подробности можно узнать здесь.

Альтернатива темной материи

Еще одна группа исследователей предположила, что ситуация вокруг темной материи изменилась ответ следует искать в самой гравитации. Если внимательно посмотреть на полную галактик, звезд, пыли, газа и черных дыр Вселенную, можно обнаружить что-то уже известное. В конце концов, если дополнительные гравитационные эффекты существуют, за них может отвечать нечто невидимое, например, принципиально новый тип материи или частиц.

Это интересно: Квантовый мир: как связаны стерильные нейтрино и темная материя?

Так, если бы нейтрино были достаточно массивными, то вполне могли бы объяснить происходящее. Еще одним вариантом может быть рождение Вселенной со слишком большим количеством материи, часть которой коллапсировала, образовав черные дыры. Подобные варианты могут положить конец бесконечным несоответствиям между реальным поведением небесных объектов и нашими физическими теориями.

темная материя гипотетическая форма материи, составляющая четверть всей массы и энергии Вселенной.

Увы, но эти предположения вряд ли верны, поскольку общее количество барионной материи во Вселенной уже известно. Некоторые исследователи также предлагают пересмотреть теорию гравитации, чтобы полностью избавиться от темной матери. Но если мы хотим разгадать тайны Вселенной, от темной материи (и энергии) отказываться не стоит, по крайней мере пока.

Отметим, что ученые часто обнаруживают что-то новое, способное поставить под сомнение господствующие теории. Например, результаты ранее проведенных исследований показали, что молодые галактики со звездообразованием, по-видимому сталкиваются с дефицитом темной материи (по сравнению с более поздними галактиками). По этой причине некоторые физики полагают, что темная материя играет гораздо меньшую роль в ранних звездных системах, нежели в современных галактиках. Однако на сегодняшний день эти предположения не состоятельны.

Вам будет интересно: Темная материя ключ к теории гравитации?

Новый детектор темной материи

Чтобы узнать существует ли темная материя, ученым предстоит долго наблюдать за галактиками. К счастью, новые астрономические инструменты, в числе которых космический телескоп Джеймс Уэбб, способны «видеть» далекое прошлое нашей Вселенной, включая первые звезды и галактики, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва.

В рамках проекта Lux-Zeplin учёные будут искать признаки существования материи внутри титанового резервуара, наполненного сжиженным ксеноном.

Исследователи возлагают большие надежды на самый чувствительный детектор темной материи LUX-ZEPLIN, который расположен в 1,5 км под землей и помещен в большой резервуар с водой (это сделано для защиты LZ от столкновений с другими частицами). Как следует из названия, детектор является преемником двух предыдущих проектов LUX и ZEPLIN, однако его последняя версия в 50 раз чувствительнее к потенциальным сигналам темной материи.

Не пропустите: О чем говорит странная физика черных дыр? Обсуждаем самые невероятные гипотезы

Среди кандидатов на роль темной материи исследователи выделяют слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs), рожденные в ранней Вселенной. Если они действительно существуют, то взаимодействуют с обычной материей создавая уже знакомые астрономические аномалии. Новый детектор окружен датчиками, отслеживающими любые вторжения искомых частиц, а в качестве мишени используется резервуар со сверхчистым жидким ксеноном.

Может ли новая теория гравитации ответить на величайшие загадки космологии?

История человечества настоящая сага с множеством действующих лиц. Веками мы ищем ответы на вопросы о том, кто мы, откуда пришли и куда движемся. По мере развития науки и технологий вопросов стало больше но и узнали мы немало. Оказалось, что наша планета крошечная голубая точка, вращающаяся вокруг самой обычной звезды, коих не счесть на просторах Вселенной. И чем больше мы узнаем о небесных объектах и устройстве космоса, тем меньше понимаем происходящее. Так, две ведущие физические теории общая теория относительности (ОТО) и квантовая механика идеально работают по-отдельности, но вместе нет. Более того, мы изучаем далекие галактики в попытках понять устройство мироздания и вводим разные переменные, например, темную материю, призванную объяснить величайшие загадки. Вот только доказательств ее существования по-прежнему нет, как нет и новой физической теории. Но почему и стоит ли ожидать революции в космологии? Давайте разбираться!

Что не так с космологией?

О том, что космология находится в кризисе, кажется, знают все. Причина кроется в несоответствии постоянной Хаббла. Это означает, что либо ученые делают что-то не так, либо на просторах Вселенной происходит нечто неведомое.

Постоянная Хаббла число, которое астрономы используют для измерения расширения Вселенной. Впервые о нем сообщил американский астроном Эдвин Хаббл, который обнаружил другие галактики за пределами Млечного Пути и пришел к выводу, что они постоянно удаляются от нас. Однако скорость, с которой это происходит (и почему) загадка. Да что уж там, каждый раз изучая вращение далеких галактик ученые приходят в недоумении.

Наша Вселенная расширяется с ускорением, что на самом деле довольно странно

Дело вот в чем звезды внутри галактик удерживаются вместе гравитацией силой тяжести которая предотвращает их выброс в межгалактическое пространство при вращении. Загадка же кроется в том, что самые удаленные части галактик движутся слишком быстро при этом не теряя звезд. Тот факт, что светила не выбрасываются в межзвездное пространство поражает астроном и является одной из величайших космологических загадок. Какая-то сила, должно быть, удерживает галактики вместе, но что это за сила и откуда она берется неизвестно.

Вам будет интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

На данный момент лучшее объяснение происходящему звучит так темная материя, оказывающая гравитационное воздействие на все небесные тела. Поиск этой таинственной материи является одним из ведущих направлений исследований, но несмотря на годы изучения и достижения, обнаружить доказательства существования темной материи до сих пор не удалось.

Новые идеи

К счастью, исследователи смотрят в разных направлениях пока одни занимаются темной материей, другие ищут альтернативные причины наблюдаемых космологических «проблем». Так, еще в 1980-х годах физик по имени Мордехай Милгром предположил, что в галактическом масштабе законы движения Ньютона могут незначительно отличаться от тех, которые наблюдаются на Земле.

По Милгрому, эта модифицированная ньютоновская динамика (MOND), может обеспечить дополнительную гравитационную силу, удерживающую галактики вместе. Но, как и в случае с темной материей, свидетельств в поддержку этой идеи крайне мало.

Астрономы склоняются в пользу идеи темной материи. Но что, если они ошибаются?

Различные исследования рассматривали то, какое влияние MOND может оказывать на орбиты удаленных объектов, таких как Плутон или космические аппараты «Пионер» и «Вояджер», но обнадеживающих результатов не последовало. Более того, многим астрономам эта идея не нравится, так как представляет собой, по сути, произвольную интерпретацию ньютоновской динамики (собственно вот она причина повсеместного интереса к темной материи).

Еще больше интересных статей в области космологии и физики читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Теперь же, ситуация может измениться все благодаря работе Джонатана Оппенгейма и Андреа Руссо из Университетского колледжа Лондона, которые выяснили, почему идея MOND Милгрома все-таки может быть верной. Работа, пока что не прошедшая экспертной оценки, дает MOND теоретическую основу, которая повышает привлекательность теории для астрономов и физиков.

Хорошо забытое старое

Исследование, опубликованное на сервере препринтов AiRXiv, основано на идее, которую Оппенгейм выдвинул несколько лет назад, чтобы примирить несовместимость между двумя великими основами современной физики: квантовой механикой и общей теорией относительности. Напомним, что квантовая механика объясняет устройство Вселенной в мельчайших масштабах, в то время как ОТО в самых больших масштабах.

И, как мы уже не раз рассказывали, характер обеих теорий совершенно противоположен: квантовая механика предполагает, что Вселенная вероятностна по своей природе, в то время как ОТО подразумевает, что она полностью классическая. Эта несостыковка создает дилемму, когда дело доходит до создания теории квантовой гравитации, которую физикам только предстоит разработать.

Квантовая гравитация направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия.

Подробнее о квантовой гравитации мы рассказывали здесь, не пропустите!

Идея Оппенгейма в том, что ОТО классическая теория, но в своей основе, однако, стохастическая то есть имеет случайный характер, скорее похожий на броуновское движение случайное движение частицы, взвешенной в жидкости. Такое видение позволяет объединить квантовую механику и теорию относительности математически совместимым образом.

Из этого «хорошо забытого» подхода также следует, что гравитация для нас с вами работает именно так, как описал Ньютон (и как наблюдают физики). А вот в галактических масштабах ускорение, обусловленное гравитацией, может изменяться на небольшую, но случайную величину, как если бы пространство-время вызывало какое-то броуновское движение масс внутри него.

Мы, возможно, неправильно понимаем гравитацию главную движущую силу Вселенной

Мы показываем, что стохастическая природа пространства-времени порождает дополнительную гравитационную силу, удерживающую галактики вместе. Энтропия, управляемая стохастической космологической постоянной, может объяснить кривые вращения галактик, а значит привлекать темную материю не нужно, пишут авторы научной работы.

Темная материя больше не нужна?

Идея Милгрома (и авторов нового исследования) может оказаться необходимым следствием объединения теории относительности и квантовой механики в единую структуру. Как минимум эту идею следует рассмотреть всерьез и провести ряд научных экспериментов, проверяющих природу ньютоновской динамики.

Авторы работы, все же, призывают быть осторожными, указывая, что помимо вращения галактик есть и другие причины предполагать существование темной материи. Например, гравитационная масса далеких галактик действует подобно линзе, преломляя проходящий мимо свет. И размер этого изгиба предполагает, что темная материя должна вносить свой вклад в эту массу.

Физики применяют широкий спектр подходов к очень сложным проблемам, таким как объединение квантовой механики с гравитацией. И это очень хорошо

Таким образом, прежде чем новая, альтернативная идея получит распространение, ее необходимо тщательно и подробно изучить, в частности, путем компьютерного моделирования броуновского движения пространства-времени и его влияния на массу. Ну а речь о полном отказе от темной материи не идет и вовсе.

Читайте также: Астрофизики обнаружили мосты из темной материи. Что это такое?

Выходит, у астрономов прибавилось работы, ведь помимо поисков темной материи как в космосе, так и на Земле, внимание придется уделить и идее Милгрома. Но именно так работает наука чем более открыто и непредвзято мы смотрим на Вселенную, тем больше шансов узнать еще несколько ее тайн.

Что, если темной материи не существует, а Вселенной не менее 27 миллиардов лет?

Ведущая космологическая модель гласит, что наша Вселенная родилась около 13,7 миллиардов лет назад после Большого взрыва, а сам космос состоит из трех типов материи: «обычной материи», «темной энергии» и «темной материи». Правда, на сегодняшний день нет никаких прямых доказательств существования как таинственной темной энергии, так и темной материи ученые предполагают, что эти две гипотетические материи ответственны за расширение Вселенной и удерживание галактик посредством гравитации. Еще одной проблемой является несоответствие ведущих физических теорий общей теории относительности (ОТО), объясняющей устройство Вселенной на макроуровне и квантовой механики, объяснеющей ее устройство на уровне элементарных частиц. Но что, если темной материи, поисками которой занимаются исследователи со всего мира, не существует? И может ли быть так, что возраст нашей Вселенной намного больше 13,7 млрд лет? Поразительно, но автор нового исследования отвечает «да» на эти вопросы.

Возраст Вселенной

Летом 2023 года в научном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society вышло исследование, результаты которого показали, что возраст Вселенной составляет почти 27 миллиардов лет, что в два раза превышает текущие оценки. Напомним, что последний раз данные о возрасте мироздания были получены в 2021 году с помощью модели Лямбда-МЧР, которая предполагает, что ОТО является правильной теорией гравитации на космологических масштабах (модель ожидаемо показала, что Вселенной 13,7 млрд лет).

Астрофизики пытаются вычислить возраст Вселенной в течение многих лет, измеряя время, прошедшее с момента Большого взрыва и изучая свет, исходящий от самых далеких и древних звезд и галактик. И именно здесь начинаются проблемы. Все дело в открытии древних звезд (таких как Мафусаил) и ранних галактик (стадии эволюции которых весьма продвинутая) которые, предположительно старше предполагаемого возраста Вселенной. Эти данные исследователи получили с помощью космической обсерватории Джеймса Уэбба.

Звезда Мафусаил может быть старше Вселенной

Больше по теме: Когда во Вселенной появились первые звезды?

Обнаруженные Уэббом ранние галактики, предположительно появились спустя 300 миллионов лет после Большого взрыва и обладают, как говорится в исследовании, «уровнем зрелости и массы, обычно ассоциируемыми с миллиардами лет космической эволюции. Кроме того, они удивительно малы по размеру, что еще загадочнее».

Красное смещение

Красным смещением галактики называют расстояние, на который сместился или растянулся ее свет в красно диапазоне спектра чем дальше космический объект находится от нас, тем более красным будет исходящий от него свет.

Теория «усталого света» Фрица Цвикки гласит, что красное смещение света от далеких галактик происходит из-за постепенной потери энергии фотонами на огромных космических расстояниях. Однако было замечено, что это противоречит наблюдениям.

Красное смещение галактик позволяет определить скорость расширения Вселенной

Еще больше интересных статей о возрасте Вселенной, эволюции звезд и галактик читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Тем не менее профессор Гупта из Оттавского университета обнаружил, что теория Цвикки способна сосуществовать с расширяющейся Вселенной, а значит красное смещение галактик можно переосмыслить как… гибридное явление. По этой причине ученый добавил к теории Цвикки идею эволюции констант связи, выдвинутую Полем Дираком.

Константы связи фундаментальные физические константы, которые управляют взаимодействиями между частицами. Дирак полагал, что эти константы могли изменяться с течением времени.

Английский физик Поль Дирак (1892 1984) вывел уравнение, позволяющее описать электрон (уравнение Дирака), а также открыл (точнее, переоткрыл) антиматерию.

Таким образом, если позволить константам связи эволюционировать, то временные рамки формирования ранних галактик, наблюдаемые Уэббом при больших красных смещениях, могут быть увеличены с нескольких сотен миллионов лет до нескольких миллиардов лет. Это, как обнаружил Гупта,
обеспечивает более правдоподобное объяснение продвинутого уровня развития и массы, наблюдаемых в древних галактиках.

Читайте также: Как и почему галактики исчезают из виду?

Работа профессора также предполагает, что пересмотреть необходимо и традиционную интерпретацию космологической постоянной то есть темной материи, ответственной за ускоряющееся расширение Вселенной. Заменить темную материю, по мнению ученого, можно эволюцией констант связи.

Эта модификация космологической модели помогает решить загадку малых размеров галактик, наблюдаемых в ранней Вселенной и позволяет проводить более точные наблюдения, пишет Гупта.

Прощай, темная материя

Теперь же, в новом исследовании Гупта предлагает пересмотреть концепцию темной материи, составляющей около 80% всей матери и Вселенной и не взаимодействующей с электромагнитным излучением (т.е. не поддающейся непосредственному наблюдению). Напомним, что недавно мы рассказывали о еще одной научной работе, также предлагающей отказаться от этой гипотетической субстанции.

Так как поиски темной материи до сих пор не увенчались успехом, о ее существовании астрономы могут судить лишь по ее косвенному гравитационному воздействию на звезды и галактики (или, если хотите, на все космическое пространство), чтобы точно оценить их «поведение».

Темная материя, возможно, больше не нужна

Учитывая отсутствие прямых доказательств, многие ученые совершенно справедливо задаются вопросом о ее непосредственном существовании, намекая на возможность того, что в собранной нами картине Вселенной может отсутствовать несколько важных фрагментов головоломки.

Вам будет интересно: Существует ли на самом деле темная материя?

Таким образом, в своем новом исследовании профессор Оттавского университета утверждает, что во Вселенной попросту может не хватить места для темной материи. Это, по словам профессора физики факультета естественных наук, «могло бы предложить новое объяснение неуловимых гравитационных явлений во Вселенной, которые ОТО, по-видимому, не может разрешить«.

Гупта основывает свои выводы на комбинации того, что физики называют константами ковариационной связи (CCC) и теорией «усталого света» Цвикки (TL) (combination of the covarying coupling constants and tired light), которые, объединившись, становятся моделью CCC + TL.

Физики пересматривают концепцию темной материи

Отметим, что константы ковариационной связи это концепция в теоретической физике, которая позволяет определенным фундаментальным константам, которые обычно считаются фиксированными, изменяться коррелированным образом. Данная концепция появилась в результате предложений, ставящих под сомнение, постоянность таких констант, как скорость света.

Теория «усталого света», напротив, описывает потенциальное альтернативное объяснение признанных в настоящее время идей, связанных с отношениями расстояния красного смещения, как говорилось выше.

Это интересно: Почему наше понимание Вселенной необходимо пересмотреть

Пересмотр космологической модели Вселенной

Объединяя теории констант ковариационной связи (CCC) и усталого света (TL), Гупта пришел к выводу, что его последнее исследование только усиливает растущие проблемы с существующими моделями того, как устроена Вселенная.

Результаты исследования подтверждают, что наша предыдущая работа о возрасте Вселенной, составляющем 26,7 миллиарда лет, позволила нам обнаружить, что Вселенная не нуждается в существовании темной материи, говорится в заявлении Гупты.

Диаграмма, детализирующая красное смещение света от далеких галактик

В стандартной космологии считается, что ускоренное расширение Вселенной вызвано темной энергией, но на самом деле это происходит из-за ослабления сил природы по мере ее расширения, а не из-за темной энергии, полагает ученый.

Больше по теме: Как материя распределяется по Вселенной и почему это важно?

В работе также рассмотрены последние данные о распределении галактик при меньших красных смещениях, в сравнении с ранее полученными данными. Необходимо отметить, что наблюдения профессора первые в своем роде и ставят под сомнение не только существование темной материи, но и возраст Вселенной. В конечном итоге, выводы Гупты потенциально могут привести к созданию совершенно новых космологических моделей.

Французские исследователи предполагают, что так как нити космической паутины рассеяны, а сигналы, которые они испускают, слабы, 40% материи Вселенной оставалось незамеченным на протяжении 20 лет.

Из чего состоит Вселенная? Ответ на этот вопрос ученые ищут на протяжении десятилетий, но лишь недавно им удалось немного приблизиться к разгадке. Как это ни странно, но 2020 год оказался богат на научные открытия так, в сентябре астрофизики обнаружили что материя составляет около 31% от общего количества материи и энергии в нашей Вселенной. Остальные же 69%, по мнению ученых, составляет темная энергия таинственная сила, которая, как считается, ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной. Следом, в ноябре, в свет вышла работа команды исследователей из Национального центра научных исследований Франции (CNRS), согласно которой 40% видимой материи во Вселенной (о существовании которой раньше мы не знали) скрыто в диффузных нитях гигантской, соединяющей галактики космической паутины. Рассказываем, что известно современной науке о составе Вселенной.

Барионы частицы, состоящие из трех кварков, таких как протоны и нейтроны. Они составляют атомы и молекулы, а также все структуры, которые можно увидеть в наблюдаемой Вселенной (звезды, галактики, скопления галактик и т. д.).

Из чего состоит наша Вселенная?

Считается, что Вселенная состоит из трех типов вещества: нормальной материи, «темной материи» и «темной энергии». Нормальная материя состоит из атомов, из них же состоят звезды, планеты, люди и все другие видимые объекты в нашей Вселенной. Как ни унизительно это звучит, но нормальная материя почти наверняка составляет наименьшую долю Вселенной, где-то между 1% и 10%. Согласно популярной в настоящее время модели Вселенной 70% материи приходится на темную энергию, 25% на темную материю и 5% на нормальную материю.

Однако результаты нового исследования, опубликованного в журнале Astronomy & Astrophysics предполагают, что около 40% всей видимой материи Вселенной той, что составляет все что мы можем видеть и осязать обнаружено впервые. Команда ученых из Национального центра научных исследований Франции (CNRS) считает, что наконец-то обнаружила ее скрытую в галактических нитях космической паутины.

Сегодня наших знаний о Вселенной недостаточно для того, чтобы с уверенностью сказать из чего она состоит.

Хотите всегда быть в курсе последних научных открытий в области космологии и астрофизики, подписывайтесь на наш канал в Google News чтобы не пропустить ничего интересного.

Сколько во Вселенной материи?

Астрофизики считают, что около 40% обычной материи, из которой состоят звезды, планеты и галактики, оставалось незамеченной (на протяжении 20 лет), скрытой в виде горячего газа в сетях космической паутины. Напомним, что космическая паутина состоит из галактик, распределенных по всей Вселенной в виде сложной сети узлов, соединенных нитями, которые, в свою очередь, разделены пустотами. Подробнее о том, что такое галактические нити и космическая паутина, читайте в нашем материале.

Считается, что нити космической паутины содержат почти всю обычную (так называемую барионную) материю Вселенной в виде рассеянного горячего газа. Однако сигнал, испускаемый этим диффузным газом, настолько слаб, что в действительности от 40% до 50% барионов остаются незамеченными.

Это недостающие барионы, скрытые в нитевидной структуре космической паутины и пытались обнаружить французские исследователи. Они провели статистический анализ, в ходе которого им впервые удалось выявить рентгеновское излучение горячих барионов в галактических нитях. Команда использовала пространственную корреляцию между положением нитей и связанным с ними рентгеновским излучением, чтобы предоставить доказательства присутствия горячего газа в космической паутине и впервые измерить его температуру.

Космическая паутина это гигантское скопление галактик, соединенное между собой пустотами.

Полученные результаты подтверждают более ранние выводы той же исследовательской группы, основанные на косвенном обнаружении горячего газа в космической паутине путем его влияния на космическое фоновое микроволновое излучение (реликтовое излучение). Это открытие может проложить путь к более детальным исследованиям, использующим более качественные данные, чтобы проверить эволюцию газа в нитевидной структуре космической паутины. В общем, работы у ученых еще очень и очень много.

Это интересно: Похожа ли Вселенная на мозг?

Возможно, мы так и не сможем разгадать все тайны Вселенной.

Кстати, недавно с помощью рентгеновской обсерватории Европейского космического агенства (ESA) XMM-Newton, астрономы показали, что скопления галактик в далекой Вселенной не похожи на те, что мы видим сегодня. Похоже, они испускают больше рентгеновских лучей, чем предполагали ученые. Оказалось, что эти скопления галактик изменили свой внешний вид со временем, а согласно расчетам, в прошлом скоплений галактик во Вселенной было меньше. Но о чем это говорит?

Исследователи считают, что в таком случае Вселенная должна быть средой высокой плотности, что противоречит современным представлениям. Этот вывод весьма спорен, потому что для объяснения этих результатов во Вселенной должно быть много материи а это, в результате, оставляет мало места для темной энергии. Однако результаты французских исследователей показали, что эти выводы не такие уж и противоречивые. В конце-концов, если мы не могли разглядеть барионную материю в галактических нитях на протяжении 20 лет, кто знает, сколько еще материи Вселенной мы пока не видим?

Существуют веские причины, по которым ученые считают, что в космосе существует материя, которую мы не видим.

Земля слухами полнится. Так, время от времени на просторах всемирной паутины можно встретить статьи о том, что «таинственную темную материю наконец кто-то нашел» или напротив, о том, что «темной материи на самом деле не существует». Так где же истина? Что такого происходит в области космологии, что заставляет ученых буквально через день менять свое мнение? Чтобы разобраться в происходящем, придется попытаться понять что же представляет собой темная материя гипотетическая форма материи, составляющая четверть всей массы и энергии Вселенной. В современной космологии считается, что темная материя недоступна прямому наблюдению так как не взаимодействует с электромагнитным излучением. Астрофизик и популяризатор науки Нил Деграсс Тайсон говорит о темной материи как о субстанции, которую никто никогда не видел и которую невозможно поймать. Пока все, что могут астрономы это наблюдать проявление темной материи только через гравитационные эффекты, которые она оказывает на различные галактики. Предполагается, что темная материя оказывает влияние на линейную скорость вращения галактик, в результате чего галактики вращаются медленнее или быстрее. Рассказываем последние новости о том, что ученым удалось узнать об этой таинственной материи.

Аргументы «за»

Итак, согласно ведущей космологической теории, примерно 80% массы Вселенной состоит из материала, который ученые не могут непосредственно наблюдать. Эта гипотетическая материя, сегодня известная всему миру как таинственная темная материя, не излучает ни света, ни энергии. Так почему же ученые считают, что она доминирует во Вселенной?

Еще в конце 1920-х годов астрономы выдвинули гипотезу о том, что Вселенная содержит больше материи, чем видно невооруженным глазом. Несмотря на то, что доказательств существования темной материи в те годы обнаружено не было, в научном сообществе эта гипотеза прижилась. К счастью, с развитием науки и технологий перед учеными открылась масса возможностей. По мнению Питера Ван Доккума, исследователя из Йельского университета, движение звезд говорит нам, сколько материи существует во Вселенной. «Звездам все равно, в какой форме находится материя, они просто показывают нам, что она есть», утверждает он.

Между тем, темная материя может казаться загадочной из-за нашего человеческого восприятия. Зрение, например, основано на нашей чувствительности к свету: электромагнитным волнам, которые лежат в определенном диапазоне частот. Мы можем видеть материю, с которой знакомы, потому что атомы, составляющие ее, излучают или поглощают свет. Электрические заряды, переносимые электронами и протонами в атомах вот причина, по которой мы видим окружающий мир.

Таинственная темная материя, как считается, составляет большую часть Вселенной.

Однако материя не обязательно состоит из атомов. Большая ее часть может быть сделана из чего-то совершенно отдельного. Материя это любой материал, который взаимодействует с гравитацией, как это делает нормальная материя например, сгущаясь в галактики и скопления галактик. Следовательно, нет никакой причины, по которой
материя всегда должна состоять из заряженных частиц. Однако материя, не способная к электромагнитному взаимодействию будет невидима для наших глаз. Вот почему никто никогда не видел темную материю своими глазами или даже с помощью чувствительных оптических приборов.

Читайте также: Может ли темная материя быть старше Большого взрыва?

И все же ученые считают, что она существует из-за гравитационного воздействия, которое она оказывает на космические объекты. К ним относятся воздействие темной материи на звезды в нашей галактике (которые вращаются со скоростью, слишком большой для того, чтобы обуздать гравитационную силу обычной материи) и движение галактик в скоплениях галактик (опять же, слишком быстрое, чтобы быть объясненным только материей, которую мы видим); ее отпечаток на реликтовом излучении, оставшемся со времен Большого взрыва; изгиб света, известный как гравитационное линзирование; и наблюдение, что видимая и невидимая материя разделяются в объединенных скоплениях галактик.

Аргументы «против»

И все же, результаты одного из последних исследований предполагают, что темной материи может и не существовать. В работе, опубликованной в ноябре 2020 года в журнале The Astrophysical Journal, исследователи сообщают о крошечных расхождениях в орбитальных скоростях далеких звезд, которые, по их мнению, обнаруживают слабый гравитационный эффект. Этот эффект, по мнению ученых, может положить конец преобладающим представлениям о темной материи.

Авторы исследования предполагают, что за неполным научным пониманием гравитации, по-видимому, скрывается гравитационная сила галактик и скоплений галактик, а не огромные облака темной материи. Это также может означать, что чистая математика, а не невидимая материя может объяснить, почему галактики ведут себя так, как ведут. По крайне мере такое мнению в интервью NBC News высказала соавтор исследования Стейси Макго, возглавляющая кафедру астрономии в Университете Кейс Вестерн в Кливленде.

В 1970-х годах астрономы узнали, что звезды, расположенные ближе к галаткическому центру, вращаются быстрее всех остальных.

На самом деле астрономы давно предполагали, что звезды вращаются вокруг центров галактик со скоростями, предсказанными теорией гравитации, сформулированной английским физиком и математиком Исааком Ньютоном более 300 лет назад. Ньютон основывал свою теорию на наблюдениях за орбитами планет и пришел к выводу о том, что объекты притягиваются друг к другу с силой, изменяющейся в зависимости от их массы. Уточнения Альберта Эйнштейна, сделанные великим физиком в двадцатом веке, также остаются удивительно точными. А в 1970-х годах американские астрономы Вера Рубин и Кент Форд обнаружили аномалии в орбитах звезд в галактиках, предположив, что причина кроется в невидимой "темной материи" внутри и вокруг галактик.

Как полагают исследователи, гравитация вызывает лишь небольшое ускорение, не предсказанное Ньютоном и Эйнштейном, на таких низких уровнях, что его можно увидеть только в объектах размером с галактику. Что означало бы, что существование темной материи не требуется. А вот о том, сколько материи во Вселенной на самом деле, читайте в нашем материале.

Как видите, новое исследование поднимает «очень интересный вопрос», а именно можно ли объяснить темную материю другими законами гравитации. Если бы это оказалось правдой, то стало бы важнейшей вехой для космологии и физики элементарных частиц. И все же, большинство ученых скептически относятся к предположению об отсутствии темной материи, больше склоняясь к тому, что эта невидимая субстанция все же существует. А как вы думаете, правда ли темная материядоминирует во Вселенной или ее все-таки не существует? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Исследователи полагают, что в центре галактики Млечный Путь находится сверхмассивная черная дыра.

Серебристая река на небесах, как называли нашу галактику жители Восточной Азии, буквально кишит звездами и звездной пылью. В представлении древних греков видимый на Земле усеянный звездами путь, считался грудным молоком богини Геры, разбрызганным по небу младенцем Геркулесом. Именно на основе этой легенды ярко светящаяся пылеобразная дуга, протянутая по всему ночному небу получила свое современное научное название: Млечный Путь. Сегодня ученые оценивают количество звезд в галактике примерно в 400 миллиардов. Оценки, сделанные на основе данных, полученных с помощью космического телескопа «Кеплер», позволяют предположить, что в обитаемой зоне этих звезд может обращаться порядка 60 миллиардов планет. Нам, однако, не дано увидеть Млечный Путь во всей его красе он просто слишком необъятен, чтобы его можно было покинуть. Но если это стало бы вдруг возможно, мы бы рассмотрели и его потрясающие спиральные рукава и заглянули бы в самое его сердце. Как полагают исследователи, в центрах большинства галактик находятся сверхмассивные черные дыры и Млечный Путь не исключение. Но что, если это не так и наша Галактика устроена иначе?

Наш космический дом

Мы видим Млечный Путь таким, потому что находимся внутри него. Так как наша Галактика спиральной формы, снаружи она напоминает две яичницы-глазуньи, приклеенные друг к другу. В ее центре находится похожий на желток балдж, окруженный значительно более плотным диском. Мы находимся примерно на середине пути до края этого диска, на одном из малых спиральных рукавов нашей Галактики.

Большинство астрономов полагают, что ширина Млечного Пути равняется по крайне мере 100 тысячам световых лет. Как пишет в своей книге «Вселенная на ладони» научный журналист Колин Стюарт, луч света, отправившийся в путь с одной стороны галактики 100 тысяч лет назад (когда Homo Sapiens делили планету с неандертальцами), только сейчас добрался бы до другой стороны.

Многие из нас никогда не видели Млечный Путь во всей красе из-за светового загрязнения.

Солнцу требуется приблизительно 220 миллионов лет, чтобы совершить один виток по Млечному Пути. Этот период астрономы называют космическим годом.

Начиная с 1990-х годов астрономы пытались понять и точно установить вокруг чего вращается Галактика. Пристально вглядевшись сквозь 27 тысяч световых лет света и газа, они заметили звезды, которые со свистом вращались вокруг яркого источника радиоволн, сегодня известного как Стрелец А (Sgr A*, произносится как «Звезда А созвездия Стрельца»). Со временем исследователи выяснили колоссальную массу этого объекта она составила 4 миллиарда Солнц.

«Таким образом, прямо сейчас Солнце тащит нас вокруг черной дыры со скоростью примерно в миллион километров в час», Колин Стюарт, британский журналист, популяризатор астрономии.

Центр Млечного Пути

Итак, астрономы считают, что в самом сердце нашей Галактики находится сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А* (Sgr А*). Но могут ли они ошибаться? Что, если это вовсе не черная дыра а ядро темной материи? В это трудно поверить, но результаты нового и увлекательного исследования предполагают, что наблюдаемые орбиты галактического центра, а также орбитальные скорости во внешних областях галактики легче объяснить ядром темной материи в ее центре, а не черной дырой. Но сначала немного предистории.

В последние два десятилетия орбита звезды под названием S2 была предметом пристального изучения астрономов. Дело в том, что она вращается по длинной эллиптической петле, которая служила идеальной лабораторией для одного из самых экстремальных испытаний общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна на сегодняшний день.

Центр Галактики идеальная лаборатория для проверки общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштена.

Затем появился еще один объект под названием G2. Как и S2, он вращался на длинной эллиптической орбите, но вел себя странно проходя периапсис точку на своей орбите, ближайшую к предполагаемой черной дыре. Он превратился из обычного компактного объекта во что-то длинное и вытянутое, прежде чем снова сжаться до компактного объекта.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!

Это было действительно странно, и природа G2 до сих пор неизвестна. Но как бы то ни было, движение объекта после периапсиса, по-видимому, демонстрирует сопротивление, которое, по мнению группы астрофизиков во главе с Эдуаром Антонио Бесерра-Вергарой из Международного центра релятивистской астрофизики, не полностью согласуется с моделью черной дыры.

Но так как S2 и G2 не единственные объекты, вращающиеся вокруг галактического центра, команда астрофизиков решила расширить созданную ранее компьютерную модель до 17 наиболее характерных S-звезд. Полученные результаты оказались удивительны согласно расчетам, в центре Галактики может находиться плотный сгусток темной материи, который истончается до диффузной концентрации на ее окраинах.

Темная материя в сердце Галактики

Вы, вероятно, знаете, что темная материя является одной из самых больших загадок Вселенной. Исследователи полагают, что эта таинственная субстанция ответственна за гравитационные эффекты, которые нельзя объяснить воздействием обычной материи, такой как звезды, пыль и галактики. Темная материя также не вступает в электромагнитное взаимодействие, а потому не доступна прямому наблюдению; считается, что она составляет примерно 80 процентов всей материи во Вселенной.

Таинственное свечение в центре Млечного Пути может свидетельствовать о наличии сгустка темной материи.

Авторы нового исследования предположили, что темная материя может помочь объяснить существование сверхмассивных черных дыр. Полученные результаты показали, что сгусток темной материи может гравитационно схлопнуться в сверхмассивную черную дыру. Это, в свою очередь, могло бы помочь объяснить, как вообще появились сверхмассивные черные дыры, поскольку мы понятия не имеем, как они становятся такими большими и, конечно, не знаем, как много из них появились в ранней Вселенной.

Читайте также: Существует ли на самом деле темная материя?

Как пишет Science Alert, разъяснить ситуацию поможет будущий анализ, который либо подтвердит полученные исследователями выводы, либо пробьет брешь в их теории, что тоже не приблизит нас к истине. Как говорится, в космосе все туманно, так что остается только ждать результаты. Полностью ознакомиться с текстом новой научной работы можно здесь, а если вы хотите узнать, как звезды рядом с черной дырой доказали правоту Эйнштейна, обязательно прочтите эту статью.

Исследователи создали самую большую в истории карту темной материи невидимого вещества, на долю которого, как считается, приходится 80 процентов всей материи во Вселенной.

В течение десятилетий астрономы подозревали, что во Вселенной больше материи, чем можно увидеть. Темная материя, как и темная энергия, остается загадочной, но ее существование выводится из того, что галактики ведут себя непредсказуемым образом. Например, тот факт, что галактики остаются сгруппированными вместе и что галактики внутри скоплений движутся быстрее, чем ожидалось. Как отмечают авторы нового исследования, видимые галактики формируются в самых плотных областях темной материи: когда мы смотрим в ночное небо, то видим свет далеких галактик, но не окружающую их темную материю, как если бы смотрели на огни ночного города. Вычисляя, как гравитация искажает свет этот метод называется гравитационным линзированием астрономы получают полную картину, как видимой, так и невидимой материи Вселенной. Результаты нового исследования показали, что материя распределена во Вселенной таким образом, который согласуется с предсказаниями стандартной космологической модели лучшей современной модели Вселенной. О том, как ученым удалось составить самую подробную карту распределения таинственной темной материи во Вселенной рассказываем в этой статье.

Материя, которую нельзя увидеть

Внимательно всматриваясь в ночное небо астрономы ХХ века заметили кое-что странное наблюдая за движением небесных тел они обнаружили, что оно отклоняется от законов небесной механики. Как правило подобное отклонение являлось следствием наличия поблизости неизвестного материального тела (или нескольких) именно так были открыты Нептун и звезда Сириус В. Но так было далеко не всегда.

Впервые «темную материю» как ненаблюдаемую материю, о существовании которой можно судить лишь по ее гравитационному воздействию, описал в 1922 году голландский астроном Якобус Каптейн. Впоследствии его ученик Ян Оорт в 1932 году опубликовал свою, более точную оценку плотности темной материи в Млечном Пути (на основании анализа вертикальных колебаний звезд относительно плоскости Галактики). Благодаря работе ученых в те годы считалось, что темная материя представляет собой в буквальном смысле темное вещество Вселенной, не излучающее достаточно света.

Темная материя не поддается прямому наблюдению, так как не участвует в электромагнитном взаимодействии.

Сегодня мы знаем, что темная материя составляет 80% Вселенной. К доказательствам ее существования на сегодняшний день относятся данные, полученные с помощью гравитационного линзирования, а также компьютерных моделей, описывающих движение галактик и других небесных тел в наблюдаемой Вселенной.

Читайте также: Можно ли обнаружить темную материю на Земле или в Солнечной системе?

Поскольку материя искривляет пространство-время, астрономы могут составить карту ее существования, глядя на свет, падающий на Землю из далеких галактик. Если свет был искажен, это означает, что на переднем плане есть материя, изгибающая свет, когда он приближается к нам.

Искажая свет

В ходе нового исследования команда астрономов из Dark Energy Survey (DES) использовала искусственный интеллект для анализа изображений 100 миллионов галактик. Ученые внимательно изучали их форму, чтобы увидеть, был ли искажен свет, исходящий от них.

«Новая карта представляет собой расположение всей материи, обнаруженной на переднем плане наблюдаемых галактик, и охватывает четверть неба южного полушария,» пишет New Scientist со ссылкой на исследование.

Темная материя самая распространенная материя во Вселенной.

Найл Джеффри из Университетского колледжа Лондона, входящий в команду DES, отмечает: «Это настоящее чудо-увидеть эти огромные, скрытые структуры на большом участке ночного неба». Интересно, что на карте (на ней в основном показана темная материя) можно увидеть картину, аналогичную паутинной структуру с плотными сгустками материи, разделенными большими пустотами. Примечательно, что наблюдение за структурами космического масштаба может помочь ученым ответить на фундаментальные вопросы о Вселенной.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Карта темной материи

Авторы исследования, возглавляющие проект также отмечают, что новая карта показывает новые части Вселенной, которые мы никогда раньше не видели. «Мы действительно можем видеть структуру космической паутины, включая эти огромные структуры, называемые космическими пустотами, которые представляют собой области Вселенной с очень низкой плотностью, где очень мало галактик и меньше материи».

Ученые интересуются этими структурами, так как предполагают, что гравитация может вести себя внутри них совсем по-другому. Таким образом, определив их формы и расположение, карта может стать отправной точкой для дальнейшего изучения. Помимо прочего карта также приближает ученых к пониманию того, из чего состоит Вселенная и как она эволюционировала.

Самые яркие области карты показывают самые плотные области темной материи, соответствующие сверхскоплениям галактик, в то время как черные пятна представляют собой космические пустоты.

Расчеты команды DES показывают, что распределение этого вещества в целом согласуется с прогнозами в стандартной модели, оно не является идеальным.

Согласно стандартной модели космологии, Вселенная началась с большого взрыва, а затем она расширилась, и материя эволюционировала в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию. Эти гравитационные силы и создали сгустки и пустоты материи, которые составляют космическую паутину. Подробнее о том, что представляет собой эта гигантская структура, я рассказывала в этой статье.

Результаты нового исследования показали, что темная материя может быть скрыта в неизвестном измерении.

За последние 30 лет физики использовали все имеющиеся в их распоряжении средства от мощных телескопов до гигантских подземных экспериментов и коллайдеров частиц, чтобы каким-то образом наблюдать таинственную темную материю, которая, как считается, составляет 85% всей материи во Вселенной и не поддается прямому наблюдению, так как не вступает в электромагнитное взаимодействие. Исследователи судят о ее существовании исходя из гравитационного воздействия, которое темная материя оказывает на движение звезд или галактик. По мнению группы исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде, дополнительное измерение в пространстве-времени может скрывать в себе. Наша наблюдаемая вселенная имеет три измерения пространства и, как полагают авторы нового исследования, может существовать четвертое измерение, о котором знают только темные силы. Физики полагают, что некоторые невидимые частицы темной материи взаимодействуют с другими невидимыми частицами таким образом, что эти вторые частицы ведут себя не так, как другие, проходя через дополнительное измерение.

Эта таинственная материя

Материя в том виде, в каком мы ее знаем атомы, звезды, планеты, деревья, камни и мы составляет менее 5% известной Вселенной. Остальное остается загадкой. Астрономы и космологи считают, что около 25% нашей Вселенной состоит из чегото, называемого темной материей, а остальное около 70% из темной энергии. Темная материя не взаимодействует со светом, поэтому увидеть ее нельзя. Единственная причина, по которой мы можем судить о ее существовании, заключается в том, что она взаимодействует с гравитацией.

По сути, гравитации, создаваемой видимой массой галактик и скоплений, недостаточно, чтобы удерживать их вместе должна присутствовать какая-то дополнительная масса, чтобы создать необходимую дополнительную гравитацию. Без темной материи звезды, вероятно, были бы разбросаны по всей Вселенной. Галактик, включая наш Млечный Путь, а следовательно, и нас, не существовало бы.

Темная материя не взаимодействует со светом, поэтому мы не можем ее видеть.

Новая теория, возможно, наконец позволит ученым объяснить существование таинственной темной материи. Результаты нового исследования предполагают, что темная материя может быть скрыта в дополнительном измерении пространства-времени, все еще недоступном для нас.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Четвертое измерение

Новое исследование, разработанное в Калифорнийском университете в Риверсайде и опубликованное в журнале Journal of High Energy Physics volume физики высокой энергии, предполагает, что темная материя скрыта в дополнительном измерении пространства-времени.

Согласно этой теории, некоторые частицы темной материи не ведут себя как известные частицы, потому что они взаимодействуют с другими, еще более невидимыми частицами, принадлежащими к другому измерению что и препятствуют их прямому наблюдению.

Ведущий автор нового исследования Филипп Танедо объясняет в своем заявлении, что эти скрытые темные силы могут управлять взаимодействиями, происходящими в лоне темной материи.

Cкрытые темные силы могут управлять взаимодействиями, происходящими в самомо сердце таинственной темной материи.

Он добавляет, что эти темные силы математически описываются теорией с дополнительными размерами: они появляются как континуум частиц, которые могут прояснить аномалии, наблюдаемые в небольших галактиках. Это означает, что темная материя ведет себя по-разному в небольших галактиках, где она оказывает очень сильное притяжение на себя.

Это интересно: Можно ли обнаружить темную материю на Земле или в Солнечной системе?

Такое поведение, как показывают предыдущие исследования, связано с тем, что три дополнительных измерения, в дополнение к трем пространственным, к которым мы привыкли, изменяют эффекты гравитации на очень коротких расстояниях. Эти астрономические наблюдения темной материи, как отмечают в журнале Nature, дают первые потенциальные доказательства существования дополнительных измерений.

«Наша наблюдаемая Вселенная имеет три пространственных измерения. Мы предполагаем, что может существовать четвертое измерение, о котором знают только темные силы. Дополнительное измерение может объяснить, почему темная материя так хорошо скрывается от наших попыток изучить ее в лаборатории», объясняет Танедо.

С момента своего появления теория струн пережила разные времена.

Он считает, что теории, которые постулируют существование нового типа силы, до сих пор неизвестного науке, могут объяснить свойства темной материи. Между тем, ключевой особенностью сверхпрочной теории является то, что сила между частицами темной материи описывается бесконечным числом различных частиц с разными массами, называемых континуумом.

Вам будет интересно: Восход и закат теории струн

В теории Танедо сила этого континуума может воспроизводить звездные движения, наблюдаемые в небольших галактиках. Танедо также предполагает, что сила между частицами темной материи поразительно отличается от сил, регулирующих обычную материю.

Интересно, что существование дополнительных измерений обусловлено, среди прочего, теорией суперструн, согласно которой существует до 11 пространственных измерений. Все больше укрепляется идея о том, что какая-то из них связана с темной материей. О том, что недавно ученые обнаружили еще одно доказательство теории струн мы рассказывали в этой статье. Рекомендую к прочтению!

Множество тайн Вселенной недоступны прямому наблюдению. Включая таинственную темную материю

Мы многого не знаем о Вселенной, и вряд ли это удивительно. Будучи жителями крошечной планеты, что вращается вокруг не слишком примечательной звезды где-то на задворках самой обыкновенной Галактики, мы вполне обоснованно задаем вопросы. Развитый мозг, который достался нам в ходе миллионов лет эволюции, в конечном итоге позволил не только заглянуть в прошлое (то есть во Вселенную), но и дробить материю на атомы. Однако раз за разом результаты исследований, проведенных с помощью новейших инструментов, демонстрируют, что во Вселенной есть нечто, чего мы не знаем, не понимаем и не видим. Например, темная материя таинственная субстанция, которая составляет 85% процентов всего, что нас окружает и увидеть которую невозможно, так как она не вступает в электромагнитное взаимодействие с квантами света. При этом само поведение Вселенной наряду с электромагнитным и реликтовым излучением свидетельствует о том, что темная материя гдето существует и в очень больших количествах. Теперь же исследователи предположили, что темная материя способна к самовоспроизведению с помощью обычной материи.

Материя, которой нет

Невероятные идеи астронома Яна Оорта, высказанные ученым более восьмидесяти лет назад, помогли человечеству выяснить многое из того, что мы знаем о нашей Солнечной системы и о том, что лежит за ее пределами.

В 1932 году Оорт высказал необычайно смелое утверждение. Он заявил, что нашу Галактику заполняет неизвестный, ранее не необнаруженный вид материи, которая не взаимодействует со светом ни в какой форме, ни на Земле, ни где-либо еще на просторах Вселенной. Эту таинственную субстанцию Торт назвал темной материей.

Облако Оорта сферическая область Солнечной системы, являющаяся источником долгопериодических комет.

Историческая справка
Ян Хедрик Оорт нидерландский астроном, автор теории протяженного кометного облака, которое является источником наблюдаемых комет облака Оорта

Согласно работе астронома, видимые эффекты темной материи проявляются лишь косвенным путем, через гравитацию: увидеть теину материю нельзя, но она искривляет пространство-время, как и обычная материя, хотя такой, определенно точно не является. Она даже не может состоять из тех же частиц, что образуют все знакомое и привычное нам.

Предположение Оорта казалось революционным. Спустя год после заявления нидерландского астронома, его швейцарский коллега Фриц Цвикки признал, что все галактики во Вселенной вращаются слишком быстро вокруг друг друга, не скрывая огромного количества гравитационно притягательной темной материи.

Более того, все проведенные с 1930-х годов эксперименты показали аналогичные результаты. Темная материя есть. Она действительно существует. Везде есть материя, которая сверху обернута темной материей. Даже сегодня мы все еще не имеем никакого понятия о том, из чета эта темная материя состоит.

Таинственная темная материя преобладает во Вселенной, но увидеть ее нельзя

Мы знаем, что она существует. Мы знаем где гонах находится. У нас есть карты ее присутствия внутри и вокруг галактик по всей Вселенной. У нас даже есть жесткие условия для того, что ею являться не может, но мы не имеем ни малейшего понятия, что она из себя представляет, Кристоф Гальфар, «Простая, сложная Вселенная»

И все же, у ученых есть определенные предположения, которые исходят из уже имеющихся дюнных о темной материи. Итак, ее присутствие подавляюще: на каждый килограмм обычной материи, состоящей из нейтронов, электронов и протонов, приходится пять килограммов темной материи, которая состоит неизвестно из чего.

Темная материя существует повсюду, вокруг галактик, вокруг нашего собственного Млечного Пути и по всей Вселенной

Как формируется темная материя?

Вселенная на более чем 80% заполнена неизвестно чем и исследователи из Университета Осло в Норвегии предложили новую, необычную методику, способную объяснить как темная материя формируется и воспроизводится в космосе. Согласно работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, частицы темной материи могут взаимодействовать с обычными частицами и превращать их в темную материю.

Как объясняют авторы научной работы, существует два типа моделей формирования темной материи в космосе и эти модели, как правило, используются для объяснения концентрации темной материи в галактиках.

Читайте также: Составлена первая подробная карта распределения темной материи во Вcеленной

В разных галактиках темная материя распределяется по-разному

Так, согласно наиболее используемым моделям, огромное количество темной материи в молодой Вселенной находилось в равновесии с другими частицами (в соответствие со Стандартной моделью физики элементарных частиц), но когда Вселенная начала расширяться, а затем остывать, частицы темной материи стали разрушаться намного быстрее, чем образовывались. Так продолжалось до тех пор, пока концентрация темной материи не упала до ее нынешнего уровня.

Это означает, что вскоре после рождения Вселенной количество частиц темной материи в ней было невероятно мало. Эти же модели показывают, что темная материя воспроизводится ровно до тех пор, пока ее плотность не приближается к ее нынешнему количеству.

Еще больше интересных статей о том, какие тайны скрывает темная материя и темная энергия, читайте на нашем канале Пульс Mail.ru Так вы узнаете еще больше новостей из мира науки и высоких технологий!

Темная материя создает… темную материю?

Согласно новой модели, предложенной в новом исследовании, небольшое количество темной материи могло взаимодействовать с элементарными частицами Стандартной модели в ранней Вселенной, в результате чего они «загрязнялись» и превращались в темную материю. Ни больше ни меньше.

Кроме того, полученные результаты показали, что недавно преобразованные частицы темной материи могли бы сделать то же самое с другими частицами Стандартной модели, взаимодействуя с ними и тем самым заставляя темную материю быстро распространяться.

Частицы темной материи могут взаимодействовать с обычными частицами и превращать их в темную материю, пишут авторы научной работы.

Исследователи делают выводы о темной материи в том числе благодаря компьютерным моделям

Больше по теме: Ученые считают, что темная материя может скрываться в дополнительном измерении

Если говорить совсем просто, то темная материя создает темную материю. Суть в том, что в какой-то момент на ранних стадиях развития Вселенной частицы темной материи смогли создать больше частиц темной материи из частиц обычной материи, что в какой-то степени объяснило бы, откуда в наблюдаемых галактиках так много темной материи.

Отметим, что эти данные противоречат процессам, описанным ранее (в том числе с помощью других моделей). Новая гипотеза гласит, что когда Вселенная начала расширяться, механизм взаимодействия частиц естественным образом замедлился и прекратился, что и привело к тому количеству темной материи, которое мы «наблюдаем» сегодня.

Вселенная очень странное место

С расширением и остыванием Вселенной концентрация частиц падает, а вместе с ней и скорость генерации частиц темной материи

И все же, несмотря на полученные и крайне захватывающие результаты, необходимо больше исследований и данных наблюдений, чтобы подтвердить или опровергнуть полученные в ходе работы результаты. Хотя в таких сложных и фундаментальных вопросах, как формирование и воспроизводство темной материи, новые идеи всегда прогресс.

Тёмная материя в астрономии и космологии, а также в теоретической физике форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому ненаблюдаема

Недавно приступивший к работе космический телескоп «Джеймс Уэбб» по праву считается главным научным событием года. Наблюдая за Вселенной в инфракрасном диапазоне, Уэбб видит ранее незаметные для нас участки космоса. К слову, мощнейшая космическая обсерватория не единственное технологическое чудо. Так, недавно состоялся запуск самого чувствительного детектора темной материи LUX-ZEPLIN (LZ), с помощью которого исследователи надеятся уловить гипотетические частицы таинственной субстанции. Считается, что темная материя воздействует на гравитацию всех видимых нами небесных объектов и предположительно составляет 85% Вселенной. Напомним, что поиски частиц темной материи ведутся по меньшей мере 30 лет (но, увы, безуспешно). По этой причине некоторые физики предполагают, что ее не существует вовсе. Но если это действительно так, то физикам придется пересмотреть теорию гравитации.

Видимый и невидимый космос

Наши далекие предки были очарованы космосом и наделяли божественными качествами наблюдаемые небесные объекты. Например, в Древнем Египте бог Солнца (Ра) главенствовал над прочими богами, занимая важнейшее место в религии египтян. Бога Солнца также чествовали в Древней Греции (Гелиос), Древнем Риме (Аполлон), Карфагене (Молох), Персии (Митра) и Японии (Аматэрасу).

Вообще, мифологизация Солнца и его воздействие на земную жизнь были распространенным явлением. Считается, что солярные культы появились в результате потребности человека в свете звезды, чему также способствовало магическое мышление. Более того, практически все последователи солярных культов приносили жертвы и поклонялись своим божествам.

Магическое мышление это вера в способность определять ход событий с помощью мыслей, слов и ритуалов. Подробнее о том, почему мы верим в сверхъестественное и как научиться мыслить критически, можно прочитать здесь.

Сегодня мы знаем, что Солнце никакое не божество, а самая обычная звезда, каких на просторах Вселенной не счесть

К счастью, сегодня мы знаем о Вселенной несравненно больше, а в самом ближайшем будущем станут известны новые подробности о ее рождении. Но какими бы мощными ни были технологии, уловить темную материю ученые так и не смогли. Что странно, так как современная космологическая модель построена на ее предполагаемом существовании.

Существуют ли частицы темной материи?

Считается что темная материя не вступает в электромагнитное взаимодействие и по этой причине ненаблюдаема. Впервые ее существование было предложено лордом Кельвином более века назад в качестве объяснения скорости звезд в нашей галактике. Десятилетия спустя шведский астроном Кнут Лундмарк отметил, что Вселенная должна содержать гораздо больше материи, чем мы можем наблюдать.

Начиная с 1960-х и 70-х годов ученые пытались выяснить что именно представляет собой эта таинственная субстанция и может ли она состоять из неизвестных частиц. Правда, сама по себе теория не дает никаких подсказок и предсказаний относительно того, какими должны быть эти частицы (и что вообще необходимо искать). По этой причине исследователи ищут ее следы в лабораториях и экспериментах, проведенных как под землей, так и в полярных регионах и космосе.

Увы, но детектор темной материи XENON1T так ничего и не обнаружил после года своей работы

В 2020 году исследователи запустили крайне чувствительный детектор темной материи XENON1T, который зарегистрировал аномально большое число событий. Это означает, что могут существовать как новые элементарные частицы, так и таинственные нейтрино фундаментальные частицы, участвующие только в слабом и гравитационном взаимодействиях. О том, какие виды нейтрино существуют и почему их так трудно найти мы рассказывали ранее, не пропустите.

Интересный факт
Ученые понимают наблюдаемую Вселенную в терминах модельной вселенной, в которой обычная материя составляет всего 5% всей энергии в ней. Около 20% состоит из экзотических частиц темной материи, а около 75% из еще более экзотической темной энергии.

Как новейший детектор ищет темную материю?

Итак, если темная материя действительно состоит из элементарных частиц, можно ли их обнаружить? В поисках ответа на этот вопрос физики трудились над созданием самого чувствительного детектора темной материи LUX-ZEPLI, призванного уловить так называемые вимпы частицы этого загадочного вещества.

Вимпы происходят от английской аббревиатуры WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) и являются слабовзаимодействующими массивными частицами, объясняют ученые.

Новейший детектор темной материи LUX это сокращенно Large Underground Xenon, эксперимент по поиску темной материи

Чтобы подтвердить или опровергнуть существование вимпов, детектор должен зафиксировать их столкновение с атомами жидкого ксенона тяжелого благородного газа без цвета, вкуса и запаха. Считается, что подобные столкновения происходят редко, а потому критически важное значение имеет масса одноатомного ксенона. Отметим, что чувствительность детектора LUX-ZEPLIN более чем в 50 раз выше, чем у его предшественников.

Больше по теме: Может ли темная материя формироваться из обычной материи?

Сам детектор расположен на глубине 1600 метров под землей и должен уловить гипотетические частицы темной материи. Исследователи также отмечают, что к моменту завершения эксперимента вероятность обнаружения частиц таинственной субстанции составит менее 50%.

Подземное расположение детектора помогает защитить его от высокоэнергетических протонов и атомных ядер, которые движутся в пространстве почти со скоростью света и исходят от Солнца и других областей Солнечной системы, объясняют эксперты.

Темная материя одна из величайших тайн Вселенной.

Фактически, единственный способ сделать выводы о темной материи это обнаружить ее гравитационное влияние, которое удерживает вместе большинство галактик, не позволяя составляющим их звездам разлетаться в разные стороны. На сегодняшний день точно известно лишь одно темная материя не состоит из протонов и нейтронов.

Может ли темная материя скрываться в дополнительном измерении? Ответ найдете в этой статье здесь, рекомендуем к прочтению!

Доказательства и их отсутствие

Ну а пока одни ученые заняты поиском неизвестных науке частиц, их коллеги смотрят в противоположном направлении, предполагая, что темной материи на самом деле не существует. Так, в 2021 году в журнале Astrophysical Journal была опубликована статья, в которой физики сообщили о незначительных расхождениях в орбитальной скорости далеких звезд, которые обнаруживают неизвестные гравитационные эффекты.

Полученные результаты предполагают, что все дело в недостаточном понимании гравитации: вместо того, чтобы зависеть только от массы объекта, гравитация может зависеть от силы притяжения и других массивных объектов. Подобное взаимодействие означает, что сила гравитации при небольших ускорениях сильнее, чем предсказывали Ньютон и Эйнштейн.

Темная материя ведет себя не так, как обычная материя, к которой привыкли ученые. Она не излучает, не отражает и не поглощает свет.

Модели, основанные на этом предположении называются модифицированной ньютоновой динамикой (modified Newtonian dynamics) или MOND. С ее помощью исследователи хотят понять как именно двигаются галактики в скоплениях и как искривляются световые лучи.

Сомнения относительно существования темной материи нашли свое отражение в еще одной научной работе, опубликованной в мае в журнале Nature. Оказалось, что галактики далеко не всегда нуждаются в темной материи, в отличие от модифицированной ньютоновской динамики, которая хорошо вписывается в модель космологической эволюции Вселенной.

И все же большинство исследователей полагают, что темная материя существует в большей части галактик. Основной вопрос заключается в том, почему мы ее не видим ни в каком диапазоне светового спектра. Именно эту информацию ученым предстоит доказать или опровергнуть уже в самом ближайшем будущем. Ну а пока поиски продолжаются, предлагаем обсудить тайны темной материи в нашем Telegram-чате и в комментариях к этой статье, присоединяйтесь скорее!

Астрономы находят истоки «галактического каннибализма» с открытием древнего гало темной материи

Во Вселенной столько галактик, что сосчитать их невозможно. Вокруг одного только Млечного Пути вращаются буквально десятки карликовых галактик, многие из которых наша галактика поглощает совершая акт «галактического каннибализма». Пожалуй, неудивительно, что такие галактики представляют большой интерес для ученых, ведь они могут многое рассказать им о космической эволюции, например, о том, как меньшие галактики сливались друг с другом с течением времени, создавая более крупные структуры. Недавно команда астрофизиков из Массачусетского технологического института (MIT) наблюдала одну из самых древних галактик местной группы под названием Tucana II. Как отмечают авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, эта ультракарликовая галактика считается чем-то наподобие галактического артефакта, оставшегося от самых первых галактик во Вселенной. В своей работе астрофизик также сообщают об обнаружении девяти ранее неизвестных звезд на краю Tucana II с помощью телескопов в Австралии и Чили. Эти звезды поразительно далеки от центра галактики, но остаются в ее гравитационном притяжении. Открытия предполагают, что в самых древних галактиках во Вселенной было больше темной материи, чем считалось ранее.

Галактический «каннибализм»

Галактический «каннибализм» это процесс, при котором большая галактика путем приливного и гравитационного взаимодействия с соседней галактикой сливается с ней, в результате образуя более крупную галактику. Этот процесс, однако не следует путать с галактическим столкновением, которое является аналогичным процессом, с той разницей, что галактики сталкиваются, сохраняя большую часть своей первоначальной формы. Наиболее распространенным результатом «каннибализма» является нерегулярная галактика той или иной формы, хотя эллиптические галактики также могут возникнуть.

Так как галактика Андромеды приближается к Млечному Пути со скоростью около 120 км/с, астрономы считают, что их возможное столкновение произойдет приблизительно через 4,5 миллиарда лет. Исходя из имеющихся расчетов, звезды и газ галактики Андромеда будут видны невооруженным глазом примерно через три миллиарда лет. В результате столкновения обе галактики в течение примерно одногодвух миллиардов лет сольются в единую структуру.

Интересно, что около двух миллиардов лет назад Туманность Андромеды поглотила соседнюю галактику М32, размеры которой сравнимы с Млечным Путем. К таким выводам исследователи пришли, изучив следы М32 в виде звездных скоплений. По размерам жертва космического каннибализма была сравнима с Млечным Путем. Многие эксперты предрекают нашей звездной системе схожую судьбу.

Наша галатика и галактика Андромеды столкнутся примерно через 4:5 миллиарда лет.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Гало темной материи

Tucana II одна из десятков карликовых галактик, окружающих Млечный Путь. Считается, что галактики подобные ей своего рода артефакты, все, что осталось от самых первых галактик во Вселенной. Недавно астрофизики из Массачусетского технологического института (MIT) сообщили об обнаружении девяти ранее неизвестных звезд на краю ультракарликовой Туканы. Как пишут авторы научной работы, конфигурация звезд является первым доказательством того, что галактика содержит расширенное гало темной материи, больше, чем считалось раньше. Именно гало путем гравитационного воздействия удерживает далекие звезды. Полученные данные свидетельствуют о том, что самые ранние галактики во Вселенной были намного массивнее, чем считалось ранее.

«Масса Tucana II оказалась гораздо больше, чем мы думали, ведь как иначе она может удерживать звезды, находящиеся так далеко от центра «, сказал Big Think один из авторов исследования, аспирант Массачусетского технологического института Анируд Чити. «Это означает, что другие реликтовые первые галактики, вероятно, тоже имеют такие расширенные ореолы темной материи».

Существование таинственной темной материи пока остается недоказанным.

Это интересно: Самые странные галактики во Вселенной

Считается, что каждая галактика удерживается вместе ореолом темной материи. Но новые находки представляют собой первый случай, когда одно из них было обнаружен в ультратонкой карликовой галактике. Без темной материи галактики просто разлетелись бы в разные стороны. Темная материя является ключевым компонентом в создании галактики и удержании ее вместе.

Ученые также обнаружили, что девять удаленных от центра галактики звезд старше, чем звезды в ядре Tucana II. Это первое свидетельство подобного дисбаланса в таком типе галактик. Как отмечают астрофизики, им удалось наблюдать первые признаки галактического каннибализма: одна галактика, возможно, съела одного из своих чуть меньших, более примитивных соседей, а затем высыпала все свои звезды на окраины.

Массивные галактики окружены колоссальными ореолами темной материи

Читайте также: Галактики без темной материи на самом деле существуют?

Ранее астрофизики обнаружили звезды в ядре Tucana II с таким низким содержанием металлов, что галактика была идентифицирована как самая химически примитивная из всех известных на сегодняшний день ультратонких карликовых галактик. «Это, вероятно, также означает, что самые ранние галактики образовались в гораздо больших ореолах темной материи, чем считалось ранее», пишут исследователи. «Мы думали, что первые галактики были самыми крошечными, самыми слабыми галактиками. Но на самом деле они, возможно, были в несколько раз больше, чем мы думали, и, в конце концов, были не такими уж и крошечными».

Физики разработали методику для окончательного обнаружения темной материи

Нашу Вселенную формирует нечто, что мы c вами не можем непосредственно наблюдать. Эта таинственная субстанция, называемая темной материей, заполняет 85% Вселенной и ответственна за ее структуру и расположение галактик и звезд. Так как темная материя не взаимодействует со светом, но имеет вес, измерить ее можно только косвенно темная материя искривляет свет звезд из-за гравитационного эффекта, подобно тому, как стекло преломляет свет. Стоит ли удивляться, что эта таинственная субстанция десятилетиями ставила ученых в тупик. Но наука не стоит на месте и последние исследования в области квантовых технологий могут оказаться жизненно важным звеном в разгадке тайны темной материи. Недавно коллаборация исследователей из США разработала новые устройства, использующие квантовые вычислительные биты, способные обнаруживать слабые сигналы от любой из субатомных частиц. Новый метод, как полагают физики, позволит искать доказательства существования темной материи в 1000 раз быстрее, чем когда-либо.

Удивительные открытия

Пока марсоходы летают по Красной планете, мир физики буквально сотрясают научные открытия. Недавно исследователи из Fermilab сообщили об открытии, результаты которого расходятся со Стандартной моделью теоретической конструкцией, которая описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Согласно полученным результатам, мюоны их обнаружили в космических лучах при прохождении через магнитное поле отклоняются, что противоречит теории и может быть признаком существования неизвестной науке силы природы.

В то же самое время ученые из Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration применили новый метод расчета взаимодействия мюонов с магнитными полями. Их результаты, как это ни странно, подтвердили незыблемость Стандартной модели и если окажутся верны, то никакого расхождения между теорией и экспериментом нет, а значит нет и новой силы природы.

Важно отметить, что описанные выше исследования далеко не единственные в этой области. Так, ранее полученные результаты на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН также свидетельствуют о возможном существовании новой физики, а датские ученые недавно и вовсе поставили под сомнение существование темной энергии силы, которая, как считается, ответственна за расширение Вселенной.

Эксперименты в ЦЕРН на Большом адронном коллайдере также свидетельствуют (если верны), о наличии «новой физики».

Сегодня сами физики не могут сказать что-то определенное (особенно о крахе Стандартной модели), так как все полученные результаты необходимо будет перепроверить. Этот процесс, по мнению ученых, может занять год или полтора. Как сообщил физик Андрей Голутвин, работающий на Большом адронном коллайдере, в интервью Тасс.Наука, за это время существование новой физики или подтвердят, или опровергнут.

Ну а пока ученые трудятся над проверкой результатов, физики из Чикагского университета, похоже, нащупали ключ к разгадке тайны темной материи, который и это самое интересное связан с результатами, полученными в Fermilab.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Как обнаружить темную материю?

Прямое обнаружение частиц темной материи ускользало от ученых на протяжении десятилетий, но отнюдь не из-за недостатка попыток. Эксперименты на Земле были направлены на поиск странного вещества с помощью БАК, но космос, похоже, проводит свои собственные эксперименты астрономы (при условии что они знают где искать) уже сегодня могут обнаружить сигнатуру темной материи. Сделать это можно с помощью необычного рентгеновского излучения от галактик (когда частицы темной материи распадаются), странных вспышек света или рентгеновских лучей вблизи нейтронных звезд (когда частицы темной материи превращаются в фотоны в их мощных магнитных полях). Но есть и другой способ.

Его недавно продемонстрировала команда исследователей из Чикагского университета и Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США, разработав новые устройства, способные обнаруживать слабые сигналы от любой из субатомных частиц «аксиона» и «скрытого фотона» считалось, что они взаимодействуют с фотонами или частицами света в видимой повседневной Вселенной.

Новый метод позволит ученым искать доказательства существования темной материи в 1000 раз быстрее, чем когда-либо.

Вам будет интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

Теоретическое существование аксионов было предложено более 30 лет назад, вот только обнаружить их экспериментальным путем не удалось. Новая техника, по мнению ученых, способна радикально продвинуть научные исследования в области изучения темной материи. Ознакомиться с текстом исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters можно здесь.

«Мы знаем, что вокруг нас существует огромное количество массы, которая не состоит из того же материала, что и мы с вами», сказал Аарон Чоу, физик из Fermilab и соавтор нового исследования в интервью New Atlas. «Природа темной материи это действительно непреодолимая тайна, которую многие из нас пытаются разгадать.»

Кубиты и темная материя

Необходимо отметить, что в последнее десятилетие ученые улучшили способность использовать свойства квантовой механики, которые управляют странным поведением частиц в мельчайших масштабах Вселенной. Достижения в этой области позволили создать такую технологию, как «кубит» или бит квантовых вычислений. Кубиты невыразимо чувствительны к малейшим нарушениям в окружающей среде. И это (как вы уже могли догадаться) именно то, что нужно физикам для обнаружения темной материи.

Кубит (маленький прямоугольник) устанавливается на сапфировую подложку, которая располагается на кончике пальца. Ученые использовали кубит, подобный этому, чтобы разработать методику, которая ускорит поиск аксионной темной материи и скрытых фотонов.

Читайте также: Если гравитация это не сила, то как она притягивает объекты?

Новая методика использует кубиты для обнаружения фотонов, генерируемых при воздействии частиц темной материи на электромагнитное поле. Специальное устройство, так называемый сверхпроводящий резонатор, предлагает способ создания и хранения сигнального фотона: как только фотон оказывается там, в полость вставляется кубит, собирающий о нем данные. Этот метод, вероятнее всего, поможет обнаружить темную материю, поскольку любую невидимую частицу, которая преобразуется в фотоны, можно будет увидеть. Так что нам с вами снова остается ждать, но только на этот раз в предвкушении.

Ученые находят «мосты» темной материи, которые могут раскрыть будущее нашей галактики

Ранее в этом году мы рассказывали о новой карте темной материи, создание которой во многом принадлежит искусственному интеллекту (ИИ). Эта подробная карта показывает ранее не обнаруженные нитевидные структуры, соединяющие галактики. Достижения ИИ сильно помогают ученым, которые используют его для создания еще одной карты темной материи, на этот раз в локальной Вселенной, охватывающей намного меньшую область. Интересно и то, что создание подобной, невероятно точной карты, может привести к новому пониманию темной материи и внести наконец ясность относительно будущего нашей Вселенной. Карта содержит ранее неизвестные «скрытые мосты», которые связывают галактики, а также показывает ранее неизвестные «мосты», благодаря которым все галактики в локальной Вселенной связаны в единую сеть из нитевидных структур. Ученые надеются, что их карта, опубликованная вместе с их статьей в научном журнале Astrophysical journal, сможет дать новое представление о темной материи и истории нашей Вселенной.

Скелет из темной материи

Существование таинственной субстанции, занимающей около 85% всей материи во Вселенной, сегодня не доказано. В то же самое время все больше и больше ученых не сомневаются в том, что темная материя действительно существует. Эту ситуацию можно сравнить с гравитационными волнами, существование которых предсказал Альберт Эйнштейн, однако обнаружить их удалось несколько лет назад.

Подробнее об открытии гравитационных волн можно прочитать в увлекательной статье моего коллеги Артема Сутягина

История существования темной материи началась, разумеется, после публикации общей теории относительности (ОТО) 106 лет назад. Немногим позже астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики удаляются от Земли (и друг от друга) со все возрастающей скоростью. Последующие десятилетия такие выдающиеся умы как Нильс Бор, Макс Планк, Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг и другие трудились над созданием квантовой теории.

Тот самый конгресс: V Сольвеевский конгресс (1927): 1-й ряд (слева направо): Ирвинг Ленгмюр, Макс Планк, Мария Кюри, Хендрик Лоренц, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен, Шарль Гюи, Чарльз Вильсон, Оуэн Ричардсон. 2-й ряд (слева направо): Петер Дебай, Мартин Кнудсен, Уильям Брэгг, Хендрик Крамерс, Поль Дирак, Артур Комптон, Луи де Бройль, Макс Борн, Нильс Бор. Стоят (слева направо): Огюст Пикар, Эмиль Анрио, Пауль Эренфест, Эдуард Герцен, Теофил де Дондер, Эрвин Шрёдингер, Жюль Эмиль Вершафельт, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг, Ральф Фаулер, Леон Бриллюэн.

Хотя непосредственно наблюдать темную материю невозможно, так как она не вступает в электромагнитное взаимодейтсвие с фотонами, она является общепринятым понятием. Ученые сделали много выводов о существовании и поведении темной материи, наблюдая ее гравитационное влияние на другие космические объекты.

Космологи считают, что темная материя служит нитевидным каркасом космической сети, которая, в свою очередь, составляет крупномасштабную структуру Вселенной, частично управляющую движением галактик и других космических систем.

Больше по теме: Наша Вселенная становится горячее, выяснили ученые

Еще одной трудной задачей является прямое измерение распределение темной материи в нашей локальной Вселенной, поэтому в ходе работы астрофизики использовали искусственный интеллект для создания новой карты.

«Локальная вселенная», в которую входим и мы, представляет собой область радиусом около 1 миллиарда световых лет, где галактики и связанные с ними космические объекты «по существу заморожены в своих современных конфигурациях», а эффекты космической эволюции незначительны, объясняют астрономы.

Как рассказал Big Think один из авторов научной работы Донхуй Чжон, доцент астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете, изучать распределение темной материи гораздо проще в наиболее удаленных объектах, так как они точно отражают невероятно далекое прошлое нашей Вселенной. «Со временем, по мере того как крупномасштабная структура Вселенной росла, сложность Вселенной возрастала, поэтому по своей сути сложнее проводить измерения темной материи локально,» пишут авторы исследования.

Карта темной материи в локальной вселенной.

На изображении выше более мелкие нитевидные объекты (желтые) действуют как скрытые мосты между галактиками. Гравитационное влияние темной материи на галактики обозначено черными точками. Характерные черты Вселенной показаны красными точками, а крестиком отмечен Млечный Путь.

Еще больше интересных статей читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен! Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Новая карта темной материи

Итак, космические веб-карты, созданные ранее, основывались на моделировании эволюции Вселенной за 13,8 миллиарда лет до наших дней. Такие усилия требовали огромного объема вычислений и по сути не давали точных представлений о локальной вселенной, что побудило исследователей разработать новый подход.

Для новой карты они сосредоточились на использовании машинного обучения для создания модели, основанной на распределении и движении галактик. Это позволило им оценить, как распределяется темная материя.

Крупномасштабная карта Вселенной во всей красе

ИИ был обучен моделированию галактик, похожих на Млечный Путь, с помощью Illustris-TNG продолжающейся серии симуляций, в которой представлены галактики, темная материя, газы и другая материя. Как объяснили журналистам авторы научной работы, если ввести конкретную информацию в модель, она сможет заполнить пробелы, опираясь на уже обработанные данные. Ученые дополнительно подтвердили отображение, применив его к реальным локальным данным галактик из каталога Cosmicflows-3, содержащего информацию о расстояниях почти 18 тысяч галактик.

Это интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

Скрытые мосты

Полученная исследователями карта изумительна. Только вдумайтесь, впервые мы можем рассмотреть основные структуры в локальной Вселенной и в том числе в Млечном Пути. Астрофизики также описали близлежащие галактики и «локальную пустоту» близлежащую область пустого пространства. Более того, карта позволила ученым обнаружить новые структуры.

В частности, они надеются более подробно изучить обнаруженные ими небольшие нитевидные структуры, которые, по-видимому, связывают галактики между собой. Исследователи назвали их "скрытыми мостами".

Чжон считает, что эти нити могут подарить представление о будущем нашей Галактики. Один из конкретных вопросов, заслуживающих внимания, заключается в том, столкнется ли Млечный Путь в конечном итоге с галактикой Андромеды.

Космические нитевидные структуры и мы. Какие крохотные, правда?

«Поскольку темная материя доминирует в динамике Вселенной, она в основном определяет нашу судьбу», говорят авторы исследования.

Таким образом, астрофизики могут «попросить» компьютер разработать карту на миллиарды лет, чтобы увидеть, что произойдет в локальной вселенной. Более того, теперь они могут создать новую модель, чтобы буквально отправиться в виртуальное путешествие назад во времени. Дальнейшие исследования определенно точно сделают наши карты точнее, а количество новых данных о галактиках, полученных в результате новых астрономических исследований, ошеломляет. Так что интересные временами нас с вами ждут, друзья. Ну а о том, можно ли путешествовать во времени читайте в этой статье, надеюсь, вам понравится.

Последние комментарии