Темная энергия

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.

Теория Большого взрыва гласит, что Вселенная возникла из одной невообразимо горячей и плотной точки под названием сингулярность более 13 миллиардов лет назад. Это произошло не в уже существующем пространстве. Скорее, это инициировало расширение и охлаждение самого пространства.

Наша Вселенная расширяется с самого момента своего рождения около 14 миллиардов лет назад. И хотя может показаться, что со временем этот процесс должен замедлится, этого не происходит. Вселенная, вопреки нашим ожиданиям, расширяется со все возрастающей скоростью. Благодаря главенствующей в космологии теории Большого взрыва мы знаем, почему другие галактики удаляются от нас по мере того, как пространство продолжает расширяться. Этот феномен объясняет слабое свечение, наблюдаемое повсюду во Вселенной (свечение это оставшееся тепло от рождения Вселенной, которое теперь остыло всего на несколько градусов выше абсолютного нуля). Словом, это удивительно мощное и элегантное объяснение того, как возникла наблюдаемая Вселенная. Но почему она расширяется все быстрее и быстрее? Концепция Большого взрыва, увы, не указывает на то, продолжит ли Вселенная расширяться и охлаждаться или же она в конечном итоге сократится до другой сверхгорячей сингулярности, тем самым, возможно, перезапустив весь цикл. Окончательная же судьба Вселенной, вероятно, зависит от свойств двух таинственных явлений темной материи и темной энергии. Дальнейшее изучение того и другого может показать, как погибнет Вселенная.

Как возникла Вселенная?

Итак, теория Большого взрыва объясняет создание самых легких элементов во Вселенной водорода, гелия и лития из которых «родились» все более тяжелые элементы в звездах и сверхновых. Продолжение Большого взрыва или космическая инфляция объясняет, почему Вселенная настолько однородна (равномерно составлена) и как галактики распределены в пространстве.

Интересно, что многие особенности современной Вселенной имеют смысл, только если пространство очень рано подверглось сверхбыстрому расширению. Теория инфляции гласит, что Вселенная резко расширилась за крошечную долю секунды после Большого взрыва, движимая фантастическими количествами энергии, содержащейся в самом пространстве. После этого периода Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться, но гораздо более медленными темпами.

в большинстве моделей инфляции флуктуации в чрезвычайно малых масштабах раздуваются, превращаясь в макроскопические различия. Эти различия невероятно крошечные и чтобы описать с их помощью реальность, потребуется новая теория физики.

Выходит, инфляция растянула пространство так быстро, что оно стало чрезвычайно однородным. Но пространство неоднородно: небольшие колебания плотности материи, присутствовавшие в ранней Вселенной, значительно усилились во время инфляции. Эти флуктуации плотности в конечном итоге создали крупномасштабную структуру Вселенной.

Подробнее о том, что представляет собой эта удивительная структура, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению!

Большой взрыв и темная материя

Несмотря на то, что теория Большого взрыва является общепринятой среди большинства исследователей, она не указывает на то, будет продолжит ли Вселенная расширяться и охлаждаться или же она в конечном итоге сократится до сверхгорячей сингулярности, возможно, перезапустив весь цикл. Окончательная судьба Вселенной, вероятно, зависит от свойств двух таинственных явлений темной материи и темной энергия. Именно дальнейшее изучение того и другого может показать, каким будет конец Вселенной.

Проблема заключается в том, что вся знакомая материя Земля, остальная часть Солнечной системы, звезды, галактики и межзвездный газ составляет лишь около одной шестой массы Вселенной. Но ученые могут видеть влияние остальной массы Вселенной ее-то они и называют темной материей.

Присутствие этой таинственной субстанции в галактиках заставляет их вращаться быстрее, чем если бы там была только обычная материя. Высокие концентрации темной материи заметно искривляют свет, идущий издалека. Однако его природа остается загадкой.

Ранее исследователи составили самую подробную карту распределения темной материи во Вселенной на сегодняшний день.

Напомним, что темная материя, вероятно, состоит из элементарных частиц, созданных в результате Большого взрыва, но еще не обнаруженных на Земле. Одна из причин, по которой физики хотят построить более мощные ускорители частиц, заключается в поиске темной материи. Но еще более таинственной, чем темная материя, является сила, которая, как считается, ответственна за расширение Вселенной.

Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области астрономии и космологии, читайте на нашем канале в Google News.

Темная энергия

Наблюдения далеких сверхновых звезд показывают, что пространство пронизано энергией той самой темной энергией, которая раздвигает объекты, подобно тому, как два положительных электрических заряда отталкиваются друг от друга. Эта таинственная субстанция, на долю которой приходится более 70% энергетического содержания Вселенной, может быть связана с той энергией, что породила Инфляцию.

И все же сегодня ученым практически ничего не известно о том, что такое темная энергия и как она воздействует на материю. Некоторые физики считают, что объяснение этого феномена может потребовать совершенно новых представлений о пространстве и времени.

Больше по теме: Действительно ли мир стоит на пороге открытия новой физики?

Когда астрономы смотрят в телескоп, они смотрят назад во времени. Они видят галактику Андромеды, ближайшую к нам крупную галактику, не такой, какая она сегодня, а такой, какой она была более 2 миллионов лет назад, потому что именно столько времени потребовалось свету галактики, чтобы пройти через космос к Земле.

Галактика Андромеды ближайшая Галактика Местной группы

Другие галактики находятся гораздо дальше в пространстве и времени. Космический телескоп Hubble способен видеть галактики, которым более 13 миллиардов лет и которые образовались вскоре после Большого взрыва. Были также проведены наблюдения реликтового излучения слабого свечения, оставшегося после Большого взрыва, которое помогает ученым получить представление о том, какой была ранняя Вселенная, особенно до образования первых звезд.

Это интересно: Что произошло в первые микросекунды после Большого взрыва?

Состав Вселенной и другие вопросы

Большинство исследователей полагают, что состав вселенной на удивление сложно определить, ведь помимо темной энергии, пространство также заполнено темной материей. (Обычная видимая материя составляет всего 5% Вселенной, в то время как темная материя и темная энергия составляют 26% и 69% соответственно). Другими словами, астрономы на самом деле не понимают, из чего состоит около 95% Вселенной.

Все потому, что понять и измерить темную материю и темную энергию больше чем сложно. Представьте, что вы бродите по темной комнате и время от времени прикасаетесь к слону, которого никогда не видели и отчаянно пытаетесь понять что это такое и как он выглядит. Исходя из этой аналогии, темная комната размером со Вселенную, и вместо того, чтобы прикасаться к слону, астрономы могут видеть только его воздействие на другие объекты.

Материя во Вселенной распределена не равномерно

Мы видим, что темная материя гравитационно взаимодействует с видимой материей и подозреваем, что она состоит из одной или нескольких неизвестных частиц. Темная энергия может быть пятой фундаментальной силой Вселенной. (Известны четыре: слабое взаимодействие, сильное взаимодействие, гравитация и электромагнетизм.)

Но точные свойства темной энергии и темной материи остаются загадкой, тем более что темная энергия, похоже, не более чем случайность. Некоторые физики, как пишет портал Astronomy.com, полагают, что темная энергия является причиной ускоренного расширения Вселенной и произошло около 5-6 миллиардов лет назад, с тех являясь доминирующей силой.

Больше по теме: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Самое простое объяснение темной энергии состоит в том, что это внутренняя энергия самого пространства. Альберт Эйнштейн первоначально ввел такую концепцию, чтобы учесть плоскую вселенную, когда излагал теорию относительности (ОТО). Так называемая космологическая постоянная Эйнштейна это сила отталкивания, которая противодействует силе притяжения гравитации, чтобы Вселенная не сжималась и не расширялась.

Сегодня никто не знает, будет ли Вселенная расширяться вечно или этот процесс когда-нибудь закончится

Но, в конце концов, Эйнштейн отказался от своей концепции после того, как Эдвин Хаббл наблюдал расширение Вселенной. Нобелевская премия по сверхновым в 1990-х годах возродила космологическую постоянную и в конечном итоге связала ее с темной энергией. И хотя астрономы не могут видеть темную материю напрямую, они могут определить ее местоположение по наблюдениям. Распределение темной материи (пурпурного цвета) в сверхскоплении Abell 901/902 показано на этой фотографии путем объединения изображения сверхскопления в видимом свете и карты области темной материи.

Не пропустите: Ученые приблизились к пониманию того, почему антиматерии во Вселенной меньше, чем материи

В заключении

И все же, для окончательного решения этой загадки ученым потребуется нечто большее, чем просто измерения. Лучшие физики-теоретики мира пытались разработать единую физическую теорию, которая полностью объясняет все аспекты Вселенной. Но до сих пор гравитация и квантовая физика не нашли точек соприкосновения, несмотря на то, что теоретики считают, что их объединение необходимо для любой теории, способной объяснить темную энергию. Исследователи также отмечают, что если вклад темной энергии будет расти по мере старения Вселенной, то со временем Вселенная будет расширяться все быстрее.

Другие галактики за пределами нашей Локальной группы которые сольются в единую гигантскую галактику по прозвищу Милкомеда в конечном итоге будут унесены на такие большие расстояния, что любые обитатели нашей Солнечной системы в далеком будущем не смогут их увидеть.

Местная Группа галактик, в которой находимся мы и наша соседка Галактика Андромеды

Вам будет интересно: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

В настоящее время астрономы планируют создание новых космических и наземных телескопов, а также более мелкомасштабное оборудование и проведение исследований. С помощью новейших инструментов они планируют дальнейшее изучение фундаментальных загадок Вселенной. Такой огромной и непрерывно расширяющейся.

Во Вселенной происходи множество космических катастроф, например, столкновение сверхмассивных черных дыр

Когда Купер главный герой знаменитого «Интерстеллар», пересекает горизонт событий черной дыры и попадает в четырехмерное пространство, то застревает в комнате своей дочери может видеть любые объекты и исходящие от них «нити» времени. Но что на самом деле происходит внутри этих космических монстров? Общая теории относительности (ОТО) гласит, что за горизонтом событий скрывается сингулярность, а значит пространство и время сжимаются. Формально, сингулярность это точка, в которую сколлапсировал материал, образующий черную дыру, а известные нам законы физики там попросту не работают. Ученые, однако, не исключают и другие варианты. Стивен Хокинг, например, не исключал, что черные дыры могут быть порталами в другие вселенные. Но как узнать что находится внутри, если ни один человек никогда не сможет там оказаться? Ответ на этот вопрос могут подсказать гравитационные волны и компьютерное моделирование.

Что такое сингулярность и «точка невозврата»?

В 2015 году ученые из лабораторий LARGO и VIRGO сообщили об обнаружении гравитационных волн в результате столкновения двух черных дыр. До этого момента черные дыры считались гипотетическими объектами, а в способность доказать их существование не верил даже Эйнштейн (то же можно сказать и о гравитационных волнах). Однако на дворе 2023 год, а у человечества «в кармане» не только гравитационные волны, но и снимки горизонта событий двух черных дыр.

Напомним, что черные дыры представляют собой объекты в пространстве-времени, сила гравитации которых настолько велика, что вся поглощенная ими материя исчезает навеки. Мы знаем об этом благодаря горизонту событий светящемуся кольцу этих космических монстров. Когда материя пересекает так называемую точку невозврата, то навсегда становится пленницей черных дыр.

Внешний круг черной дыры называется горизонтом событий, а в центре космического монстра располагается сингулярность.

То, как выглядит горизонт событий мы увидели весной 2019 года, после публикации снимка "Стрельца А* центрального объекта галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 миллионов световых лет от Земли. Следующим изображением, опубликованном
в мае 2022 года, стал снимок черной дыры в сердце Млечного Пути.

Освежив в памяти открытия последних лет, не будем забывать о сингулярности центральной области черной дыры, расположенной за горизонтом событий. Считается, что в этой точке сосредоточена масса черной дыры с бесконечной плотностью, однако что именно там происходит неизвестно.

Черные дыры и компьютерные модели

Но вернемся к гравитационным волнам «ряби» в пространстве времени, которая распространяется подобно волнам в результате космических катастроф столкновений нейтронных звезд или черных дыр: чем больше масса и скорость движения объектов, тем больше колебания гравитационных волн.

Обнаружение гравитационных волн в очередной раз подтвердило ОТО Эйнштейна, а за прошедшие с тех пор годы было обнаружено около 100 сливающихся черных дыр. Теперь, благодаря работе команды 14 ученых во главе профессором Колумбийского университета Ламом Хуэем, моделирование космических катастроф прокладывает путь к более глубокому пониманию структуры черных дыр во время столкновений.

Столкновение таких массивных объектов как нейтронные звезды и черные дыры порождает гравитационные волны, сотрясающие пространство-время

Подробнее об открытии гравитационных волн мы рассказывали здесь, не пропустите.

В работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, команда описывает усложненный способ моделирования сигнала, излучаемого гравитационными волнами, путем включения в модель нелинейных взаимодействий. Ранее модели гравитационных волн включали только линейные взаимодействия, которые хорошо работают, но не учитывают различные виды поведения наблюдаемых космических объектов. Новое исследование улучшает модели на 10% (а это много).

Это большой шаг в подготовке к следующему этапу обнаружения гравитационных волн и пониманию гравитации и явлений, наблюдаемых в дальних уголках космоса, пишут авторы научной работы.

Отметим, что нелинейность моделей для описания гравитационных волн можно сравнить с волнами в океане: спокойно поднимающиеся и опускающиеся описаны линейными уравнениями, а крупные и разбивающиеся нелинейными. Последние демонстрируют движение воды в волне, включая капли воды, что содержатся в воздухе.

Перед вами процесс поглощения звезды черной дырой

Новый метод также дает подсказки о том, что происходит внутри черных дыр, описывая гравитацию в экстремальных астрофизических условиях. «В попытках докопаться до истины мы наблюдаем за рябью пространства-времени как детективы. И это лучший способ узнать как можно больше об их таинственной природе», отметил один из 14 авторов научной работы.

Читайте также: Настольный детектор гравитационных волн уловил странные, новые сигналы

Моделирование черных дыр

Исследование пришлось как нельзя кстати: в марте обсерватория LIGO вновь приступит к работе после закрытия в 2020 году из-за пандемии COVID-19. Ожидается, что в ближайшие годы сбором данных займутся несколько крупных детекторов гравитационных волн, а наличие улучшенных компьютерных моделей может привести к новым открытиям.

Улучшенные компьютерные модели позволяют оценить пространственно-временную структуру черных дыр и их содержимое, так как «прислушиваются» к звуку, исходящему от столкновения и слияния этих космических монстров. Ожидается, что в будущем эти модели помогут составить карту внутренней структуры черных дыр и того, что происходит с оказавшейся там материей.

В модели используются новые методы для анализа волн, испускаемых черными дырами при столкновении.

Нелейные взаимодействия можно сравнить с встряхиванием коробки и издаваемом в результате звуком, который позволяет узнать о ее содержимом. В данном случае тряска столкновение двух черных дыр, а звук издаваемые в процессе гравитационные волны. Результат, как ожидают специалисты, позволит обнаружить еще больше космических катастроф в самых отдаленных уголках Вселенной.

Больше по теме: Что странного в столкновении нескольких черных дыр? И причем тут гравитационные волны?

Дальнейшая работа над улучшением компьютерных моделей это большой шаг в подготовке к следующему этапу обнаружения гравитационных волн и изучению самой главной (и загадочной) силы природы гравитации и ее поведения на просторах бесконечной Вселенной. Но компьютерное моделирование лишь малая часть этой колоссальной работы.

Как объяснить сингулряность?

Пролить свет на тайну содержимого черных дыр может темная энергия сила, благодаря которой Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью (что, на секунду, противоречит ОТО). О том, что ключ к пониманию структуры черных дыр связан с темной энергией, говорят результаты новых исследований, в ходе которых ученые измерили массу черных дыр в гигантской эллиптической галактике.

Звездообразование в таких галактиках как правило останавливается, а «строительного» материала катастрофически не хватает. Это означает, что черным дырам в центре таких галактик нечего поглощать, а значит набирать массу эти объекты не могут, объясняют специалисты.

В центре черной дыры располагается сингулярность. Верхняя и нижняя точки горизонт событий, поглощающий все вокруг и не выпускающий материю за пределы черной дыры

Как показали результаты сразу двух исследований физиков из Гавайского университета, опубликованных в журнале Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters, в отдаленных эллиптических галактиках без звездообразования, сверхмассивные черные дыры продолжали расти. Более того, эти таинственные объекты становились все более массивными примерно с той же скоростью, с которой расширялась Вселенная. «Это наводит на мысль о том, что черные дыры могут играть определенную роль в создании темной энергии», говорится в статье.

Не пропустите: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

В нашем сегодняшнем понимании центр черной дыры это точка, в которой известные законы физики не работают из-за чрезмерной силы гравитации. При этом сингулярность математически невозможна.
«Когда физика внутри черной дыры становится странной, ее масса оказывается связанной с расширением всей Вселенной», сообщают исследователи.

Некоторые физики полагают, что черные дыры являются источником таинственной темной энергии, ответственной, как считается, за расширение Вселенной

Многие физики также высказывали предположения о том, что вместо сингулярности центр черной дыры может содержать так называемую вакуумную энергию одну из возможных форм загадочной темной энергии. И все же, утверждать, что физики разгадали как тайну темной энергии и знают что находится внутри черных дыр, нельзя. Однако использование обновленных компьютерных моделей наряду с дальнейшими наблюдениями и сбором данных, позволят ответить на многие фундаментальные вопросы о мире и Вселенной, в котором мы живем.

О том, могут ли черные дыры оказаться порталами для путешествий сквозь пространство и время мы рассказывали в этой статье, не пропустите!

А как вы думаете, что находится внутри черных дыр? Могут ли они быть порталами в другие миры или являются источником таинственной темной энергии? Ответ, как и всегда, ждем в нашем Telegram чате и комментариях к этой статье!

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!

Последние комментарии