Загадочная темная материя — какая она?
Анатолий Шуклецов - 08.01.16 Понятие «темная материя» появилось в ученой среде более 80 лет назад. В 1933 году американский астроном Фриц Цвикки, наблюдая за сотнями галактик в скоплении Кома, расположенном в 300 миллионах световых лет от Млечного Пути, обратил внимание на то, что масса этого скопления, рассчитанная из скорости движения галактик, в 50 раз больше массы, определенной с помощью оценки светимости звезд.
Не зная ничего о том, как возникла эта разница, Цвикки дал ей название «темная материя», которое теперь фигурирует во всех официальных документах.
Как ни странно, долгое время никто из ученых не интересовался темной материей. Астрономы считали, что скрытая масса найдет свое объяснение после того, как удастся собрать более полную информацию о космическом газе и очень тусклых звездах. Однако дальнейшие события изменили ситуацию.
В 1970 году американские астрономы Вера Рубин и Кент Форд опубликовали результаты измерений скоростей звезд и газовых облаков крупной спиральной галактики – туманности Андромеды. Оказалось, что вдали от центра туманности эти скорости постоянны, что не стыковывалось с ньютоновской механикой. Единственным объяснением этого феномена было допущение, что галактику окружает большое количество невидимой массы.
Как известно, непонятные явления всегда найдут массу объяснений, но далеко не всегда среди них найдется верное.
Между тем неправильное поведение периферийных звезд Андромеды можно было объяснить, двигаясь в двух направлениях – откорректировать законы Ньютона или признать существование материи, отличной от нашей, которая не обнаруживает себя потому, что ее частицы не участвуют в электромагнитном взаимодействии, то есть, не излучают и не поглощают свет, взаимодействуя с нашим миром только посредством гравитации.
Первое направление – корректировка законов Ньютона - развивалось очень слабо. Правда, в 1983 году Мордехаем Милгромом была создана модифицированная механика Ньютона, при которой малые ускорения реагировали на воздействующую силу иначе, чем в классической механике. Вскоре эта теория была настолько развита, что потребность в темной материи исчезла. Даже Вера Рубин, считавшейся пионером в изучении темной материи, также была склонна к модифицированной механике.
Между тем на роль частиц темной материи было много кандидатов, которые были названы обобщающим названием – «вимпы», что обозначало «слабо взаимодействующие массивные частицы», участвующие только в гравитационном и слабом взаимодействии размеров, значительно меньшего размеров атомного ядра. Именно на поиск этих вимпов и направлены сегодня основные усилия ученых.
Одно время ученые даже считали, что нейтрино и есть неуловимый вимп, однако оказалось, что масса этой частицы слишком мала, чтобы набрать этими частицами массу темной материи (известно, что 84,5% всей материи Вселенной приходится на темную материю).
Чтобы «поймать» частицы темной материи, учеными была даже придумана ловушка для них. Однако это оказалось не очень просто и очень дорого. Одна такая ловушка установлена в подземной итальянской лаборатории Гран-Сассо. Другой, более чувствительный детектор, установлен в шахте в штате Южная Дакота. Так что, похоже, вимпам ничего не остается делать, как рано или поздно дать о себе знать. Физики на это отвели не более десяти лет.
Если вимпы так и останутся неуловимыми, на очереди останется аксион – гипотетическая частица, введенная в 1977 году американскими физиками Роберто Печчеи и Элен Куинн. Или будут рассмотрены альтернативные варианты поиска вимпов.
Комментарии