Што такое цёмная матэрыя? Існуе цёмная матэрыя?

Пытанне паходжання Сусвету, яе мінулага і будучыні хвалявала людзей з спрадвечных часоў. На працягу многіх стагоддзяў тэорыі ўзнікалі і абвяргаліся, прапаноўваючы карціну свету, якая абапіраецца на вядомыя дадзеныя. Грунтоўным узрушэннем для навуковага свету стала тэорыя адноснасці Эйнштэйна. Яна ж ўнесла велізарны ўклад у разуменне працэсаў, якія фарміруюць Сусвет. Аднак і тэорыя адноснасці не магла прэтэндаваць на званне ісціны ў апошняй інстанцыі, не якая патрабуе якіх бы то ні было дапаўненняў. Совершенствующиеся тэхналогіі дазволілі астраномам зрабіць неймаверныя раней адкрыцця, якія запатрабавалі новай тэарэтычнай базы або значнага пашырэння ўжо існуючых палажэнняў. Адным з такіх феноменаў стала цёмная матэрыя. Але аб усім па парадку.

Справы даўно мінулых дзён

Для разумення тэрміна «цёмная матэрыя» вернемся ў пачатак мінулага стагоддзя. У той час главенствовало ўяўленне аб Сусвету як аб стацыянарнай структуры. Між тым агульная тэорыя адноснасці (АМАІК) меркавала, што рана ці позна сіла прыцягнення прывядзе да «зліпання» ўсіх аб'ектаў космасу ў адзіны клубок, адбудзецца так званы гравітацыйны калапс. Паміж касмічнымі аб'ектамі не існуе сіл адштурхвання. Ўзаемнае прыцягненне кампенсуецца цэнтрабежнымі сіламі, якія ствараюць пастаяннае рух зорак, планет і іншых тэл. Такім чынам падтрымліваецца раўнавагу сістэмы.

Для таго каб прадухіліць тэарэтычны калапс Сусвету, Эйнштэйн увёў касмалагічную пастаянную - велічыню, якая прыводзіць сістэму ў неабходнае стацыянарнае стан, але пры гэтым фактычна выдуманую, не мае відавочных падставаў.

Пашыраецца Сусвет

Вылічэнні і адкрыцця Фрыдмана і Хабла паказалі адсутнасць неабходнасці парушаць стройныя ўраўненні ОТО пры дапамозе новай пастаяннай. Было даказана, і сёння гэты факт практычна ні ў каго не выклікае сумненняў, што Сусвет пашыраецца, у яе было калі-то пачатак, і аб стационарности гаворкі ісці не можа. Далейшае развіццё касмалогіі прывяло да з'яўлення тэорыі вялікага выбуху. Галоўнае пацверджанне новых здагадак — назіранае павелічэнне з цягам часу адлегласці паміж галактыкамі. Менавіта вымярэнне хуткасці выдалення адзін ад аднаго суседніх касмічных сістэм і прывяло да фарміравання гіпотэзы аб тым, што існуе цёмная матэрыя і цёмная энергія.

Дадзеныя, не якія ўзгадняліся з тэорыяй

Фрыц Цвикки ў 1931 годзе, а потым і Ян Оорт у 1932-м і ў 1960-х займаліся падлікам масы рэчывы галактык ў аддаленым колькасці і суадносін яе з хуткасцю выдаленні іх адзін ад аднаго. З разу ў раз навукоўцы прыходзілі да адным і тым жа высноў: такой колькасці рэчывы недастаткова, каб ствараемая ім гравітацыя магла ўтрымаць разам галактыкі, якія рухаюцца са гэтак вялікімі хуткасцямі. Цвикки і Оорт выказалі здагадку, што існуе прыхаваная маса, цёмная матэрыя Сусвету, якая не дазваляе касмічным аб'ектах разляцецца ў розныя бакі.

Аднак гіпотэза атрымала прызнанне навуковага свету толькі ў сямідзесятых гадах, пасля абвяшчэння вынікаў працы Веры Рубін. Яна пабудавала крывыя кручэння, наглядна дэманструюць залежнасць хуткасці руху рэчывы галактыкі ад адлегласці, якое аддзяляе яго ад цэнтра сістэмы. Насуперак тэарэтычных здагадках аказалася, што хуткасці зорак па меры выдалення ад галактычнага цэнтра не памяншаюцца, а ўзрастаюць. Растлумачыць падобнае паводзіны свяцілаў можна было толькі наяўнасцю ў гало галактыкі, якое запаўняе цёмная матэрыя. Астраномія, такім чынам, сутыкнулася з зусім нявывучанасці часткай светабудовы.

Уласцівасці і склад

Цёмнай гэты выгляд матэрыі называюць таму, што яе нельга ўбачыць ніякімі існуючымі спосабамі. Яе прысутнасць апазнаецца па ўскосным прыкмеце: цёмная матэрыя стварае гравітацыйнае поле, пры гэтым не выпраменьваючы зусім электрамагнітных хваль.

Найважнейшай задачай, якая ўзнікла перад навукоўцамі, стала атрыманне адказу на пытанне аб тым, з чаго складаецца гэтая матэрыя. Астрафізікі спрабавалі «напоўніць» яе звыклым барионным рэчывам (барионная матэрыя складаецца з больш ці менш вывучаных пратонаў, нейтронаў і электронаў). У цёмны гало галактык ўключалі кампактныя слабоизлучающие зоркі тыпу карычневых карлікаў і велізарныя, па масе набліжаныя да Юпітэра планеты. Аднак падобныя здагадкі не вытрымлівалі праверкі. Барионная матэрыя, звыклая і вядомая, такім чынам, не можа гуляць істотнай ролі ў схаванай масы галактык.

Сёння пошукам невядомых складнікаўзаймаецца фізіка. Практычныя пошукі навукоўцаў грунтуюцца на тэорыі суперсіметрыі мікрасвету, згодна з якой для кожнай вядомай часціцы існуе суперсимметричная пара. Вось яны-то і складаюць цёмную матэрыю. Аднак доказаў існавання падобных часціц пакуль атрымаць не ўдалося, магчыма, гэта справа бліжэйшага будучага.

Цёмная энергія

Адкрыццём новага тыпу матэрыі не скончыліся сюрпрызы, якія падрыхтавала Сусвет навукоўцам. У 1998 годзе астрофизикам прадставіўся яшчэ адзін шанец супаставіць дадзеныя тэорый з фактамі. Гэты год адзначыўся выбухам звышновай зоркі ў далёкай ад нас галактыцы. Астраномы вымералі адлегласць да яе і вельмі здзівіліся атрыманых дадзеных: зорка ўспыхнула значна далей, чым гэта павінна было быць згодна з існуючай тэорыі. Аказалася, што хуткасць пашырэння Сусвету з часам павялічваецца: цяпер яна значна вышэй, чым была 14 мільярдаў гадоў таму, калі, як мяркуюць, здарыўся вялікі выбух.

Як вядома, каб паскорыць рух цела, яму трэба перадаць энергію. Сілу, якая прымушае Сусвет пашырацца хутчэй, сталі называць цёмнай энергіяй. Гэта не менш загадкавая частка космасу, чым цёмная матэрыя. Вядома толькі, што для яе характэрна раўнамернае размеркаванне па ўсёй Сусвету, а зарэгістраваць яе ўздзеянне можна толькі на велізарных касмічных адлегласцях.

І зноў касмалагічныя пастаянная

Цёмная энергія пахіснула тэорыю вялікага выбуху. Частка навуковага свету скептычна ставіцца да магчымасці падобнай субстанцыі і выкліканага ёй паскарэння пашырэння. Некаторыя астрафізікі спрабуюць адрадзіць забытую касмалагічную пастаянную Эйнштэйна, якая зноў з разраду вялікі навуковай памылкі можа перайсці ў лік рабочых гіпотэз. Яе прысутнасць у раўнаннях стварае антыгравітацыі, якая прыводзіць да паскарэння пашырэння. Аднак некаторыя следства наяўнасці касмалагічнай пастаяннай не стасуюцца з дадзенымі назіранняў.

Сёння цёмная матэрыя і цёмная энергія, якія складаюць большую частку рэчывы ў Сусвеце, — загадкі для навукоўцаў. Адназначнага адказу на пытанне аб іх прыродзе няма. Больш за тое, магчыма, гэта не апошняя таямніца, што захоўвае ад нас космас. Цёмная матэрыя і энергія могуць стаць пярэдаднем новых адкрыццяў, здольных перавярнуць наша ўяўленне аб прыладзе Сусвету.