В космосе тысячи миллионов галактик. И каждая из них состоит из десятков миллионов звезд и планет. Это просто невообразимые объемы материи. И их очень сложно представить. Но как вы отреагируете, друзья мои, если я скажу вам, но что вся эта материя составляет менее 5% Вселенной?
Это может показаться сумасшествием, но это правда. Невидимая нам часть Вселенной состоит из темной энергии (примерно на 68%) и темной материи ( ее около 27%). Но почему весь этот «материал» мы не можем видеть? И как это выяснилось?
Откуда мы знаем о темной материи и энергии?
Слово «темная» в словосочетаниях «темная энергия» и «темная материя» означает, что эти гипотетические субстанции не взаимодействуют со светом. Именно поэтому мы их и не видим. Постойте, скажете Вы. Но если мы не видим эти чуднЫе штуки, то зачем тогда их вообще придумали?
Дело тут вот в чем. Ученые, которые длинными зимними ночами изучают космос с помощью своих телескопов, вдруг обнаружили странную вещь. Оказалось, что галактики и звезды ведут себя вовсе не так, как предсказывают теоретические модели. А именно – если сложить всю видимую массу какой-нибудь галактики, ее явно недостаточно, чтобы создавать гравитационную силу, влияние которой наблюдается в реальности. Это означает, что в космосе должна быть еще какая-то материя, которую мы не можем видеть. Которая и объясняет это несоответствие. И поскольку темная материя вступает в гравитационные взаимодействия, ученые смогли использовать эффект гравитационного линзирования (искажение света гравитацией) для создания карты распределения темной материи во Вселенной.
Темная энергия — это другое. В 1998 году ученые обнаружили, что Вселенная расширяется не с постоянной скоростью, как считалось раньше. А на самом деле это расширение все время ускоряется. До этого считалось, что вся энергия и масса Вселенной должны в итоге замедлить это расширение. И единственный способ объяснить наблюдаемые эффекты – ввести новый вид энергии. Который и приводит к появлению силы отталкивания, а не силы притяжения.
Что такое темная материя?
Как Вы наверное уже поняли, никто не знает, что такое темная материя. Но по крайней мере ученые знают, чем она не является. И еще у них есть некоторые возможные варианты того, чем она может быть.
Итак, науке известно, что темная материя — это не звезды, планеты или облака обычной барионной материи. Поскольку все это можно обнаружить по излучению, проходящему через эти объекты. Наука также знает, что это не может быть антиматерия. Или огромные черные дыры. Потому что астрономы не видят их характерных сигнатур в виде гамма-лучей. И ощутимо мощного гравитационного линзирования соответственно.
Так что же это такое?
На эту тему есть еще несколько интересных гипотез. Первая звучит так: темная материя может быть обычной барионной материей. Заключенной внутри так называемых «коричневых карликов». Эти объекты недостаточно массивны для поддержания термоядерного синтеза. И это делает их несостоявшимися звездами. Но при этом они являются крупными местами скопления тяжелых элементов.
Вторая (наиболее распространенная) точка зрения состоит в том, что темная материя состоит из частиц, называемых учеными «WIMP». Это слабо взаимодействующие с обычным веществом массивные частицы, которые не являются барионными. Эти частицы гипотетически являются элементарными частицами, которые могут гравитационно взаимодействовать с обычной материей. И могут обладать другими силами. Возможно не входящими в стандартную модель. И эти силы столь же слабы, как и слабое ядерное взаимодействие. Или даже слабее его.
Некоторые расширения стандартной модели предсказывают существование подобных частиц. Однако эксперименты, проводимые на Большом Адронном Коллайдере, до сих пор не предоставили доказательств верности этих расширений. Что ставит под сомнение даже самые простейшие модели WIMP.
Что такое темная энергия?
Темная энергия — это совсем другое дело. Похоже, что она как-то неотъемлемо связано с космическим вакуумом. По всей вероятности она также равномерно распределена в пространстве и времени. В результате чего не оказывает никакого локального гравитационного воздействия. А скорее влияет на Вселенную в целом.
Одна из версий теории гравитации Эйнштейна содержит значение, известное как космологическая постоянная. И эта версия предсказывает, что само пространство может иметь некую энергию. Из-за этой связи с пространством, по мере того, как появляется больше пространства, также будет появляться больше и этой «космической энергии». Это и будет заставлять Вселенную расширяться все быстрее и быстрее.
Проблема состоит в том, что нет никакого объяснения тому, почему вообще существует космологическая постоянная.
Другим объяснением темной энергии является некий необнаруженный вид динамического энергетического поля, которое некоторые теоретики назвали «квинтэссенцией». Но, опять же, никто пока не знает, существует ли это поле на самом деле.
Еще одна теория говорит о том, что теория гравитации Эйнштейна в корне неверна. И на самом деле именно гравитация отвечает за ускоренное расширение Вселенной. И она же несет ответственность за видимое поведение галактик и скоплений галактик.
Чтобы выяснить, какая из этих теорий верна, главное, что нам нужно – это данные. Нужно больше данных!
Заключение
Когда дело доходит до космологии и расширения Вселенной, еще многое предстоит открыть. И именно поэтому это такая привлекательная область для науки. До сих пор так много неизвестно об этих странных материи и энергии, которые составляют большую часть нашей Вселенной. Однако имея большое количество данных, имея возможность проведения исследований и экспериментов ученые, вероятно, все же найдут объяснение всему этому таинственному неизвестному.