Особенности темной материи, о которых вы не знали
Темная материя — это самая загадочная субстанция во Вселенной. Она настолько загадочная, что никто до сих пор точно не знает, существует ли она на самом деле. Это уникальное вещество, из которого, возможно, состоит 80 % нашей Вселенной, никак не взаимодействует с окружающим миром: его невозможно ни увидеть, ни потрогать. Несмотря на этот печальный факт, в честь этого толком еще не открытого вещества учрежден даже собственный праздник — День темной материи, отмечаемый учеными 31 октября. Что ж, праздник в честь темной материи — это далеко не единственная странность столь таинственного вещества.
Темная материя — это самое непонятное и неизученное вещество во Вселенной
Что такое темная материя?
В 1930-х годах швейцарский астроном по имени Фриц Цвикки заметил, что галактики в отдаленном скоплении вращаются друг вокруг друга гораздо быстрее, чем им следовало бы. Ученый предположил, что невидимая субстанция, которую он назвал темной материей, может гравитационно притягивать эти галактики и каким-то образом склеивает их, не давая разбежаться в разные стороны Вселенной.
Прошло почти 90 лет, но исследователи так и не смогли подобраться к разгадке природы темной материи. Единственное, что мы знаем наверняка — это то, что этот таинственный материал можно найти во всем космосе и что он гораздо более распространен во Вселенной, чем видимая нами материя. Что ж, пожалуй, невозможность понять состав таинственного вещества можно считать первой странностью уникальной субстанции.
Можно ли обнаружить темную материю?
Обнаружение темной материи является одним и главных стремлений любого астронома
Если темная материя не способна взаимодействовать с обычной материей, то можем ли мы хоть как-то ее засечь? Наверное, именно таким вопросом задавались ученые, проводившие эксперимент за экспериментом в надежде отыскать ту самую заветную частицу темной материи. Несмотря на долгие годы поисков, следов темной материи на Земле так и не нашли.
Из школьного курса физики вы, скорее всего, знаете, что обычная материя состоит из таких частиц, как протоны и электроны, а также целого зоопарка более экзотических частиц, таких как нейтрино, мюоны и пионы. Пытаясь найти темную материю, исследователи задались вопросом о том, может ли эта таинственная субстанция быть настолько же сложной, как и обычная материя.
По словам исследователя из Гарвардского университета Андрея Каца, нет никаких оснований предполагать, что вся темная материя во Вселенной построена из одного типа частиц. Так, темные протоны могут объединяться с темными электронами, образуя темные атомы, создавая конфигурации столь же разнообразные и интересные, как и те, которые находятся в видимом мире.
Наряду с дополнительными частицами темной материи существует возможность того, что она испытывает силы, аналогичные тем, которые испытывает обычная материя. Некоторые исследователи искали «темные фотоны», которые были бы похожи на фотоны, появляющиеся между нормальными частицами. Если однажды они будут обнаружены, то подобное открытие ознаменует собой новый этап изучения свойств Вселенной.
Есть ли темная материя в нашей галактике?
Огромное количество темной материи сосредоточено прямо в центре нашей галактики
Поскольку темной материи во Вселенной гораздо больше, чем обычной, часто говорят о том, что именно она является некой управляющей силой, которая организует такие большие структуры, как галактики и галактические скопления. Именно поэтому открытие галактики под названием NGC 1052-DF2 стало полнейшей неожиданностью, так как эта структура совершенно не содержит темную материю. Что касается галактики Млечный Путь, то основное скопление темного вещества ученые нашли прямо в центре нашей галактики. Чем же вызвано столь странное и неоднородное распределение таинственного вещества во Вселенной, пока еще неизвестно. Однако, если когда-нибудь эта тайна будет раскрыта, человечество вполне может стать свидетелем развития новой науки.
Если вам понравилась эта статья, давайте попробуем вместе обсудить возможные свойства темной материи в нашем Telegram-чате.
Источник
Тёмная материя – не тёмная сторона силы!
Как же мало мы с вами знаем о Вселенной! Вы только посмотрите на эту диаграмму: что более-менее нам знакомо? Межгалактический газ, планеты и звёзды – это те формы материи, которые поддаются изучению, и это лишь та крошечная цифра, отражающая то, что хотя бы немного известно нам о мироздании. Всего 5 % вещества мы можем на данный момент изучить, понять его свойства. Но две тёмных сущности – тёмная энергия и тёмная материя пока практически для нас неуловимы. Данная статья будет посвящена таинственной тёмной материи.
Надо отметить, что, говоря о тёмной материи, нельзя скептически вздыхать и говорить, что о ней мы совершенно не имеем никакого представления, ведь кое-что нам всё-таки известно. Астрономы на основе наблюдений и вычислений поняли, где она находится – в основном на окраинах галактик и внутри них.
Тёмная материя – это особая форма вещества, не участвующая в электромагнитном взаимодействии, поэтому она и не поддаётся прямому наблюдению. Но возникает вопрос: как же нашли эту материю, умеющую так хорошо прятаться?
Сейчас учёные могут измерять скорость вращения галактик. Для этого есть специальные приборы – спектроскопы, которые показывают, с какой скоростью вращаются галактики на разных расстояниях от своего центра. Когда мы рассматриваем фотографии галактик, мы видим, что вещество сконцентрировано в их центре, а по мере отдаления от центра к границе уже замечаются пустые места.
Если бы там действительно было пусто так, как нам кажется в этих приграничных областях, то по мере удаления от центра звёзды вращались бы всё медленнее и медленнее. Это происходило бы по той схеме, которая наблюдается и в Солнечной системе – скорость вращения планет, близких к Солнцу, быстрее, чем тех, которые находятся на краю. Чем планета дальше от Солнца, тем медленнее она движется по своей орбите. С галактиками же это не работает: и на большом расстоянии от центра галактики звёзды, газовые и пылевые облака вращаются с большой скоростью. Это значит, что их что-то притягивает, и что там, где мы ничего не видим, всё равно что-то есть.
Источник
Темные силы Вселенной: тёмная энергия и тёмная материя
Держится ли наша Вселенная на извечном противостоянии сил света и тьмы? Или это просто выдумка, а на самом деле всё гораздо прозаичнее? Чем отличаются эти два понятия, обозначенные в заглавии статьи, друг от друга?
Согласно новейшим исследованиям, всё, что мы с вами привыкли видеть – барионную (обычную) материю, укладывается всего в 4-5 %! Да-да, эта крохотная цифра включает в себя мир, видимый нами. 25 % занимает тёмная материя, а остальные 70 % — тёмная энергия. Самое печальное – то, что две последние обитательницы нашей Вселенной с трудом поддаются какому – либо изучению.
Темная материя – это гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии, а, в связи с этим, она недоступна прямому наблюдателю. Её можно лишь заметить в гравитационном взаимодействии. Учёным были неясны причины высокой скорости внешних областей галактик, эффект гравитационного линзирования, а также масса видимой материи галактики значительно отличалась от массы всей галактики в целом. Чтобы объяснить эти эффекты, и был введён термин «тёмной материи». Никто не знает, из чего она состоит, скорее всего, таких частиц нет на Земле, но их свойства схожи во многом с земными: например, тёмная материя способна собираться в сгустки, и участвует в гравитационном взаимодействии. Сейчас учёные усердно пытаются обнаружить эти таинственные частицы, или же создать их искусственно в земных условиях, но пока все их попытки тщетны. На данный момент учёные видят два просвета в конце тоннеля в разгадке этого вопроса:
1. Провести эксперимент в коллайдере, разогнав обычные частицы до высоких скоростей – это, возможно, поспособствует рождению частиц тёмной материи;
2. Найти эти частицы вокруг нас и зарегистрировать их: с обычными частицами частицы тёмной материи почти не взаимодействуют, но слово «почти» не даёт полного исключения: рано или поздно частицы темной материи должны столкнуться с обычными, что удастся зафиксировать.
Можно сделать вывод, что тёмная материя – весьма благородная субстанция, которая помогает гравитации создавать новые объекты, подобные галактикам, звездам, планетарным системам, словом, всё, что мы видим. Уж не сама ли это гравитация.
В отличие от тёмной материи, тёмная энергия не собирается в сгустки, а существует везде во всей Вселенной. Этот гипотетический вид энергии с отрицательным давлением был введён в математическую модель Вселенной ради объяснения её расширения с ускорением, причём, темп расширения со временем возрастает. Учёные полагают, что тёмная энергия обладает свойством антигравитации – ведь именно она разгоняет галактики друг от друга.
Тёмная энергия распределена равномерно и имеет низкую плотность, а из всех фундаментальных взаимодействий она вступает только с гравитационным, причем, постоянно борясь с ним, поэтому её практически невозможно обнаружить. Иногда её называют энергией вакуума, так как именно ей заполнено всё пространство.
Сейчас есть три варианта объяснения сущности тёмной энергии:
1. Темная энергия – это неизменная энергетическая плотность, заполняющая Вселенную равномерно и характеризующаяся отрицательным давлением;
2. Темная энергия – это особый вид энергии, плотность которого может меняться в пространстве-времени;
3. Темная энергия – это неизвестная форма гравитационных сил, которые проявляются на расстоянии видимой части Вселенной.
По данным ускорение расширения Вселенной началось примерно 5 млрд лет назад. До того момента тёмная и видимая нами материи не давали в полной мере силам тёмной энергии доминировать и тормозили процесс расширения, однако плотность обычной материи в расширяющейся Вселенной уменьшается быстрее, чем плотность тёмной энергии, поэтому тёмная энергия и начала преобладать. Доказательством тому, что вся Вселенная продумана и как будто спроектирована кроется в вопросе: «Почему ускорение Вселенной началось именно в определённый момент времени? Если бы ускорение во Вселенной началось раньше этого момента, звёзды и галактики просто не успели бы сформироваться, и у жизни не было бы никаких шансов на возникновение, по крайней мере, в известной нам форме». Если этот процесс продолжится, то в далёком будущем тёмная энергия будет набирать свою силу, и «победив» все остальные силы, в том числе и фундаментальные взаимодействия, уничтожит Вселенную в Большом Разрыве.
По другой версии Большого Разрыва не произойдёт, тёмная энергия рассеется, но, тем не менее, галактики отдалятся от нас на огромные расстояния, и небо будет выглядеть совсем иначе.
И, наконец, ещё одна версия гласит, что тёмная энергия может сменить отталкивающее действие на притягивающее, что приведёт к Большому Сжатию – туда же, откуда и всё началось.
Источник
Темная материя и темная энергия
Все, что мы видим вокруг себя (звезды и галактики) это не более 4-5% от всей массы во Вселенной!
Состав Вселенной
Согласно космологическим теориям современности, наша Вселенная состоит всего из 5% обычной, так называемой барионной материи, которая образует все наблюдаемые объекты; 25% темной материи, регистрируемой благодаря гравитации; и темной энергии, составляющей целых 70% от общего объема.
Термины темная энергия и темная материя не вполне удачны и представляют собой дословный, но не смысловой перевод с английского.
Материалы по теме
Крупномасштабная структура Вселенной
В физическом же смысле данные термины подразумевают, только то, что эти вещества не взаимодействуют с фотонами, и их с таким же успехом можно было бы назвать невидимой или прозрачной материей и энергией.
Многие современные ученные убеждены, что исследования направленные на изучение темной энергии и материи, вероятно, помогут получить ответ на глобальный вопрос: что же ожидает нашу Вселенную в будущем?
Сгустки размером с галактику
Темная материя представляет собой субстанцию, состоящую, скорее всего, из новых, еще неизвестных в земных условиях частиц и обладающую свойствами присущими самому обыкновенному веществу. Например, она способна также как обычные вещества собираться в сгустки и участвовать в гравитационных взаимодействиях. Вот только размеры этих так называемых сгустков могут превышать целую галактику или даже скопление галактик.
Подходы и методы исследования частиц темной материи
Из чего состоит Вселенная
На данный момент ученые всего мира всячески пытаются обнаружить или получить искусственно в земных условиях частицы темной материи, посредством специально разработанного сверхтехнологичного оборудования и множества различных научно-исследовательских методов, но пока все труды не увенчиваются успехом.
Материалы по теме
Эволюция Вселенной: от начала до наших времен
Один из методов связан с проведением экспериментов на ускорителях высокой энергии, широко известных как коллайдеры. Ученые, считая, что частицы темной материи тяжелее протона в 100-1000 раз, предполагают, что они должны будут зарождаться при столкновении обычных частиц, разогнанных до высоких энергий посредством коллайдера. Суть другого метода заключается в регистрации частиц темной материи, находящихся повсюду вокруг нас. Основная сложность регистрации данных частиц состоит в том, что они проявляют очень слабое взаимодействие с обычными частицами, которые по своей сути для них являются как бы прозрачными. И все же частицы темной материи очень редко, но сталкиваются с ядрами атомов, и имеется определенная надежда рано или поздно все же зарегистрировать данное явление.
Существуют и другие подходы и методы исследования частиц темной материи, а какой из них первым приведет к успеху, покажет лишь время, но в любом случае открытие этих новых частиц станет важнейшим научным достижением.
Субстанция, обладающая антигравитацией
Распределение энергии во Вселенной
Темная энергия представляет собой еще более необычную субстанцию, чем та же темная материя. Она не обладает способностью собираться в сгустки, в результате чего равномерно распределена абсолютно по всей Вселенной. Но самым необычным ее свойством на данный момент является антигравитация.
Природа темной материи и черных дыр
Благодаря современным астрономическим методам имеется возможность определить темп расширения Вселенной в настоящее время и смоделировать процесс его изменения ранее во времени. В результате этого получена информация о том, что в данный момент, так же как и в недалеком прошлом, наша Вселенная расширяется, при этом темп этого процесса постоянно увеличивается. Именно поэтому и появилась гипотеза об антигравитации темной энергии, так как обычное гравитационное притяжение оказывало бы замедляющее воздействие на процесс «разбегания галактик», сдерживая скорость расширения Вселенной. Данное явление не противоречит общей теории относительности, но при этом темной энергии необходимо обладать отрицательным давлением – свойством, которым не обладает ни одно из известных на данный момент веществ.
Кандидаты на роль «Темной энергии»
Масса галактик в скоплении Абель 2744 составляет менее 5 процентов от всей его массы. Этот газ настолько горячий, что светит только в рентгеновском диапазоне (красный цвет на этом изображении). Распределение невидимой темной материи (составляющей около 75 процентов от массы этого кластера) окрашено в синий цвет.
Одним из предполагаемых кандидатов на роль темной энергии является вакуум, плотность энергии которого остается неизменной в процессе расширения Вселенной и подтверждает тем самым отрицательное давление вакуума. Другим предполагаемым кандидатом является «квинтэссенция» — неизведанное ранее сверхслабое поле, якобы проходящее через всю Вселенную. Также имеются и другие возможные кандидаты, но не один из них на данный момент так и не поспособствовал получению точного ответа на вопрос: что же такое темная энергия? Но уже сейчас понятно, что темная энергия представляет собой что-то совершенно сверхъестественное, оставаясь главной загадкой фундаментальной физики XXI века.
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Источник