Тёмная материя - одна из самых желанных находок для физиков и астрономов, ведь никто её никогда не видел, но почти всё научное сообщество уверено, что она есть, прямо как вот в этой знаменитой шутке: "Видишь суслика? - Нет. И я не вижу. А он есть!". Однако, отбросив шутки в сторону, дальше оказываются перед нами не совсем смешные факты: наша Вселенная состоит из 27% темной материи (о которой мы знаем совсем немного), 68% темной энергии (о которой мы знаем ещё меньше - можно сказать даже - вообще ничего) и лишь 5% - это обычная материя, которую мы видим - галактики, планеты, звёзды, газ, пыль и т. п. И да, все наши знания о Вселенной основаны именно на этих 5%...

Вполне вероятно, что тёмная материя находится вокруг нас повсюду, и даже проходит сквозь нас, так как существует огромное количество частиц, которых мы не замечаем. Например, радиоволны, состоящие из фотонов, имеющих очень большую длину волны, - телефоны, Wi-Fi и другие подобные устройства излучают их, наше тело их поглощает, но мы об этом даже не догадываемся, потому что их энергия минимальна. Если бы мы видели в радиодиапазоне, то они стали бы для нас видимыми. Вот та же история может быть и с тёмной материей, но, к сожалению, у нас нет пока таких приборов, которые могут её рассмотреть.

Как выглядит, например, центр Млечного Пути в радиодиапазоне:


Как видим его мы:


Ещё один пример - нейтрино. Прямо сейчас сквозь ваши тела каждую секунду проходят эти мельчайшие частицы. Они рождаются в реакциях на звездах, в ядрах галактик, в ядерных реакторах на Земле, они пронизывают собой всё и вся, но взаимодействие их с нашими атомами очень маленькое. Вот и тёмная материя чем-то напоминает нейтрино: её вокруг много, но наши атомы на неё не реагируют. Но если нейтрино удалось изловить, то частицы тёмной материи - нет.

У нас есть доказательства существования тёмной материи:

1. Чeм бoльшe мacca тeлa, тeм бoльшe eгo гpaвитaциoннoe пpитяжeниe. Ecли бы нaблюдaeмыe гaлaктики cocтoяли только лишь из того, что мы видим, тo силы их гpaвитaции нe xвaтилo бы, чтoбы удepживaть вмecтe все объекты. Более того, звёзды вращаются почти с одинаковой скоростью что в центральных областях галактик, что на их окраинах, хотя на окраинах их движение должно быть намного медленнее, не будь там чего-то ещё. Аналогичным образом ведут себя и звёздные скопления. Тёмная материя проявляет подобные свойства только на далёких расстояниях и в более массивных объектах - звёздных скоплениях, галактиках и галактических скоплениях и кластерах. В масштабах планетарных систем вроде Солнечной такого эффекта нет: Меркурий по орбите движется значительно быстрее, чем Нептун - чем дальше планета от Солнца, тем медленнее она движется.

2. Невидимая масса тёмной материи сказывается на деформации пространства-времени: Oбщaя Тeopия oтнocитeльнocти Эйнштeйнa говорит нам, чтo мaтepия иcкpивляeт ткaнь пpocтpaнcтвa-вpeмeни, кaк "шap для бoулингa иcкpивляeт ткaнь бaтутa". Cвeт движeтcя пo этим кpивым, oгибaя мaccивныe oбъeкты. Kcтaти, имeннo этo искривление создаёт эффeкт гpaвитaциoннoгo линзиpoвaния, срабатывая как увеличительное стекло, что позволяет заглядывать нам в более далёкие уголки Вселенной. Гpaвитaциoннoe линзиpoвaниe – eщe oднo дoкaзaтeльcтвo в пoльзу cущecтвoвaния нeвидимoй мaтepии, так как видимыe гaлaктики и их cкoплeния нe дaдут нужнoe кoличecтвo мaccы для пoдoбнoгo иcкpивлeния.


3. Неоднородное распределение реликтового излучения.

Допустим, убедили. Но откуда же взялась тёмная материя? Учёные предлагают несколько версий её происхождения во Вселенной:

1. Тёмная материя появилась вместе с рождением самой Вселенной в момент Большого взрыва, поскольку она влияла на формирование всего, что мы видим, на протяжении всей истории Вселенной, в течение 13,8 млрд лет. Расчёты и исследования, опирающиеся на модель крупномасштабной структуры Вселенной и на карту реликтового излучения, показывают, что тёмная материя должна существовать в количестве, в 5 раз превышающем количество видимой материи. Тёмная материя комкуется и скапливается, и можно проследить её влияние на формирование ранних, самых древних квазаров, галактик и облаков газа. Гравитационные эффекты тёмной материи заметны по поведению самого раннего света Вселенной: реликтового излучения, остаточного свечения Большого взрыва. Рисунок его несовершенств говорит о том, что во Вселенной должно как раз быть 27% темной материи, и всего 5% обычной материи. Без этого все наши наблюдения объяснить невозможно.


2. Скапливающаяся тёмная материя подготовила "гнёзда" для видимой материи, куда впоследствии стекалось известное нам вещество - в этих "гнёздах" и рождались первые звёзды и галактики. Но это не означает, что тёмная материя родилась именно в момент Большого взрыва: она могла появиться в момент окончания инфляции; из-за высокоэнергетических взаимодействий, происходивших сразу после этого, но ясно одно - это было ещё до начала эпохи Тёмных веков, то есть, даже если не в момент Большого взрыва, то спустя очень короткий промежуток времени.


3. Обычная материя в форме плазмы произвела первые частицы тёмной материи. Эти начальные частицы могли бы обладать способностью и дальше преобразовывать частицы обычной материи. Это привело бы к экспоненциальному росту плотности тёмной материи, то есть, сначала количество тёмной материи быстро росло, когда Вселенная расширялась. Затем расширение замедлилось, и замедлился прирост тёмной материи.

4. Если тёмная материя имеет какое-либо отношение к скалярным частицам — элементарным частицам, которые образовались в процессе инфляции, то она может быть даже старше самого Большого взрыва, что указывает на то, что до нашей Вселенной существовала какая-то другая вселенная, и наша лишь является перерождением ("перезапуском") предыдущей.

5. Частицы тёмной материи смогли воспроизвести частицы видимой, известной нам материи.

Пока все эти предположения являются неподтверждёнными научными гипотезами. Возможно, ответ на вопрос о том, как и когда именно появилась тёмная материя во Вселенной мы узнаем только тогда, когда её поймаем.Источник: "Астрономия с Ауриэль"