Подавляющее большинство массы в нашей Вселенной невидимо. И уже довольно долгое время физики пытаются понять, что представляет собой эта неуловимая масса. Если она состоит из частиц, то есть надежда, что Большой адронный коллайдер сможет создать частицу темной материи или космический телескоп увидит красноречивую подпись гамма-лучей столкновения темной материи.
Пока ничего нет, и эта проблема заставляет физиков-теоретиков обдумывать новые идеи.
В 2017 году известный физик-теоретик Лиза Рэндалл заглянула в одну из самых невероятных возможностей темной материи. Разумеется, гипотетическую. Вместо того чтобы рассматривать темную материю как особый тип частиц, она предположила, что темная материя может состоять из целого семейства частиц, из которых состоят темные звезды, темные галактики, темные планеты и, возможно, темная жизнь. Химия темной Вселенной может быть такой же богатой и разнообразной, как наша собственная "обычная химия". Но все не так просто...


Проблема темной материи

Наша Вселенная - удивительное, хотя и непостижимое место.
За последние несколько десятилетий мы поняли, что 84,5% материи во Вселенной невозможно увидеть. Получившая довольно неудобное прозвище "темная материя", эта субстанция находится в состоянии, в котором она не взаимодействует с "нормальной" материей. Как и темная энергия, эти вещи являются "темными", потому что мы их не понимаем.
Если сейчас на моем столе лежит кусок темной материи, я никогда об этом не узнаю. Кусок темной материи вообще, как таковой, не может лежать на моем столе. Он провалится сквозь стол, и пол, и земную кору, устремится в гравитационный колодец в ядре нашей планеты. Или исчезнет в космосе непостижимым образом. Темная материя настолько слабо взаимодействует с чем-либо, что этот кусок просто провалится сквозь обычную материю, как будто ее не существует.
На малых масштабах гравитационное проявление темной материи ничтожно мало, но на космологических расстояниях присутствие темной материи определенно ощущается - ее можно наблюдать косвенно по ее гравитационному воздействию на скопления галактик и ее влиянию на вращение галактик. Мы знаем, что она существует, просто мы ее не видим.

Мы не знаем, что это такое, мы можем только догадываться

Обычная материя - она же барионная материя - взаимодействует через электромагнитные, гравитационные, сильные и слабые силы. Эти силы передают энергию и придают структуру всей материи. Темная материя, с другой стороны, обычно рассматривается как аморфное облако "материи", которая не может взаимодействовать через электромагнитные, слабые или сильные силы. Поэтому предполагается, что темная материя является "небарионной". Небарионическая материя может обнаружить свое присутствие только гравитационно.


Ведущим кандидатом в поисках темной материи является WIMP - слабо взаимодействующая массивная частица. Как следует из названия WIMP, эта гипотетическая частица не взаимодействует с обычной материей - поэтому она не является барионной.
Устоявшиеся космологические модели предсказывают, что темная материя - будь то в форме WIMPs или, скажем, "аксионов" - придает нашей Вселенной структуру и обычно упрощенно называется "клеем", который держит нашу Вселенную как единое целое.
Наблюдая за вращением галактик, астроном Вера Рубин заметила, что большая часть материи в галактиках не поддается наблюдению. Видимыми являются лишь небольшой процент - звезды, газ и пыль; остальное скрывается в огромном, но невидимом ореоле темной материи. Как будто наша видимая галактика из обычной материи - это всего лишь колпак на огромном колесе темной материи, которая простирается далеко за пределы видимого нами.
В недавно опубликованной работе (2013 год) Рэндалл и ее коллеги представили более сложную форму темной материи. По их мнению, гало темной материи нашей галактики состоит не только из одного типа аморфной массы небарионной материи.
"Предположение, что вся темная материя состоит только из одного типа частиц, кажется очень странным", - пишет Рэндалл. "Непредвзятый ученый не должен допускать, что темная материя может быть столь же разнообразной, как и наша обычная материя".

Богатая "теневая вселенная"?

Подобно тому, как наша видимая Вселенная управляется Стандартной моделью физики - хорошо доказанным семейством частиц (включая печально известный бозон Хиггса) и сил, может ли богатая и разнообразная модель частиц и сил темной материи функционировать в темном галактическом ореоле?
Это исследование следует логике предположения о богатом разнообразии неизвестной физики в темном секторе Вселенной - назовем его "теневой Вселенной" - которая идет параллельно нашей собственной и обладает всеми сложностями, которые может предложить наша видимая Вселенная.
Астрофизики ранее предполагали, что "темные звезды" - звезды, состоящие из темной материи - могут существовать в нашей древней Вселенной и по сей день. Если это так, утверждает Рэндалл, то возможно образование "темных планет". И если существует семейство частиц темной материи, управляемых силами, действующими в темном секторе, может ли это привести к сложной химии? И к жизни?
Однако если параллельно нашей Вселенной существует "темная" или "теневая" жизнь, можно забыть о том, что мы сможем ее обнаружить.

Теневая жизнь останется в тени

Кажется заманчивым использовать эту гипотезу для объяснения всех повседневных загадок или даже паранормальных утверждений, которые наука не может оспорить или поддержать. Что если "призраки" или необъяснимые "огни в небе" - это выходки темных существ, живущих в глубине всего?
Хотя такая логика вполне подходит для телешоу или фильма, эти темные существа живут в теневой вселенной, которая совершенно несовместима с обычной материей. Их частицы и силы не имели бы никакого влияния в нашей вселенной. Вы могли бы прочитать эти строки, сидя на пне в темном лесу, и никогда бы об этом не узнали.
Но поскольку мы сосуществуем с этой теневой вселенной в одном и том же пространстве-времени - без лишних измерений или мультивселенной - передавать можно только один сигнал.
Гравитационные волны были открыты только в 2016 году, и первое обнаружение этих пульсаций в пространстве-времени было вызвано столкновением черных дыр. Кажется вполне возможным, что гравитационные волны могут быть обнаружены в темном секторе, но только самые мощные космические события в темном секторе могут быть обнаружены на нашем конце провода.
В целом, мы почти наверняка никогда не докажем существование милых существ из темной материи, но Рэндалл делает на этом акцент. Когда мы размышляем об источнике темной материи, мы должны смотреть дальше наших предрассудков; темный сектор может быть сложным семейством частиц темной материи и сил, которые находятся за пределами того, что мы можем себе представить.Источник: "Soul:Ask"