Темна матерія у Всесвіті

Всесвіт складається всього на 4,9% зі звичайного речовини – баріонів матерії, з якої складається наш світ. Велика частина 74% всього Всесвіту припадає на загадкову темну енергію, а 26,8% маси у Всесвіті припадає на непідвладні фізичним законам, важко виявляються частинки, названі темною матерією.

Ця дивна і незвичайна концепція темної матерії була запропонована в спробі пояснень непояснених астрономічних явищ. Так про існування якоїсь потужної енергії, настільки щільною і масивної – її в п’ять разів більше, ніж звичайного речовини матерії, з якої складається наш світ, складаємося ми, вчені заговорили після виявлення незрозумілих явищ в гравітації зірок і формування Всесвіту.

Звідки з’явилася концепція темної матерії?
Так, зірки в спіральних галактиках, подібних до нашої, мають досить високу швидкість обігу та за всіма законами при такому швидкому русі повинні б просто вилітати в міжгалактичний простір, як апельсини з перекинулася кошика, але вони не роблять це. Їх утримує якась найсильніша гравітаційна сила, яка не реєструється і не вловлюється ніякими нашими способами.

Ще цікаве підтвердження про існування якоїсь темної матерії вчені отримали з досліджень космічного мікрохвильового фону. Вони показали, що після Великого вибуху матерія на самому початку була однорідна поширена в просторі, але в деяких місцях її щільність була дещо вищою, ніж в середньому. Ці області володіли більш сильною гравітацією, на відміну від тих, які їх оточували, і при цьому, притягаючи до себе матерію, вони ставали ще щільніше і масивніше. Весь цей процес мав бути занадто повільним, щоб за всього 13800000000 років, (а це вік Всесвіту), сформувати великі галактики, в тому числі наш Чумацький шлях.

Таким чином, залишається припустити, що прискорює темп розвитку галактик, наявність достатньої для цього кількості темної матерії з її додаткової гравітацією, значно прискорює цей процес.

Яка вона – темна матерія?
Одна з центральних ідей, що чорна матерія складається з ще не відкритих субатомних частинок. Що це за частинки і хто претендує на цю роль, кандидатів багато.

Передбачається, що у фундаментальних елементарних частинок з сімейства ферміонів маються суперсиметричні партнери з іншого сімейства – бозонів. Такі слабовзаємодіючих масивні частинки мають назву WIMP (або просто вімпи). Найлегший і при цьому стабільний суперпартнери – нейтраліно. Ось він, то і є найбільш імовірним кандидатом на роль речовин темної матерії.

На даний момент спроби отримати нейтраліно або хоча б схожу або зовсім іншу частку темної матерії до успіху не привели. Проби отримання нейтраліно робилися на сверхвисокоенергічних зіткненнях на що отримав популярність і різну оцінку Великому адронному колайдері. У майбутньому експерименти будуть проводитися з ще більшими енергіями зіткнень, але і це не гарантує, що буде виявлені хоч якісь моделі темної матерії.

Як говорить Метью Маккалоу (з Центру теоретичної фізики Массачусетського технологічного інституту) – “Наш звичайний світ влаштований складно, він не побудований з однотипних частинок, і якщо темна матерія теж складна?”. За його теорією, гіпотетично темна матерія може взаємодіяти сама з собою, але при цьому ігнорувати звичайну матерію. Саме тому ми і не можемо помітити і якось зареєструвати її присутність.

(Карта космічного мікрохвильового фонового випромінювання (CMB), зробленому Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP))

Наша галактика Чумацький шлях складається з величезних масштабів сферичного обертового хмари темної матерії, в ньому підмішано невелика кількість звичайної матерії, яка стискається під дією гравітації. Швидше це відбувається між полюсами, не так, як в області екватора. Як результат, наша галактика набуває вигляду сплющенного спірального диска із зірок і занурюється в сфероидальним хмара темної матерії.

Теорії існування темної матерії
Для пояснення природи відсутньої маси у Всесвіті висувалися різні теорії, так чи інакше, що говорять про існування темної матерії. Ось деякі з них:

Гравітаційне притягання звичайної реєстрованої матерії у Всесвіті не може пояснити дивний рух зірок в галактиках, там де в зовнішніх областях спіральних галактик зірки звертаються настільки швидко, що повинні були б просто вилетіти в міжзоряний простір. Що ж їх утримує, якщо це неможливо зафіксувати.

Існуюча темна матерія перевершує звичайну матерію Всесвіту в 5,5 раз і тільки її додаткова гравітація може пояснити нехарактерні руху зірок у спіральних галактиках.

Можливі частки темної матерії вімпи (WIMP), вони слабовзаімодействющіе масивні частинки при цьому сверрхтяжелие суперсиметричні партнери субатомних частинок. У теорії існує понад трьох просторових вимірів, недоступних для нас. Складність у тому, так як же їх зареєструвати, коли додаткові виміри з теорії Калуци – Клейна виявляються для нас недоступними.
Можливо, чи зареєструвати темну матерію?
Крізь Землю пролітають величезні кількості частинок темної матерії, але так як темна матерія не взаємодіє, а якщо і є взаємодія то вкрай слабке, практично нульове, зі звичайною матерією, то в більшості експериментів значних результатів отримано не було.

Проте спроби зареєструвати присутність темної матерії пробуються в експериментах зіткнення різних атомних ядер (кремнію, ксенону, фтору, йоду та інших) в надії побачити віддачу від частки темної матерії.

У нейтринної астрономічної обсерваторії на станції Амундсена – Скотта з цікавою назвою IceCube проводяться дослідження по виявленню високоенергетичних нейтрино, народжених за межами Сонячної системи.

Тут на Південному полюсі, де температура за бортом до -80 ° C, на глибині 2,4 км під льодом встановлена ​​високоточна електроніка, що забезпечує безперервний процес спостереження за загадковими процесами Всесвіту, що відбуваються за гранню звичайної матерії. Поки це тільки спроби наблизиться до відгадки найглибших таємниць Всесвіту, але деякі успіхи вже є, такі, як історичне відкриття 28 нейтрино.

Отже. Неймовірно цікаво що, Всесвіт, що складається з темної матерії, недоступної для видимого вивчення нами, може виявитися у багато разів складніше пристрою нашого Всесвіту. А бути може, Всесвіт з темної матерії значно перевершує нашу і саме там відбуваються всі важливі справи, відгомони яких ми намагаємося бачити в нашій звичайної матерії, але це вже переходить в область наукової фантастики.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Темна матерія у Всесвіті