Шпаклівка зіркою знань

Оновлено: 01/24/19 - 05:53

Чому в космосі не все розвалюється?

Тканина має примарний ефект: темна речовина не випромінює жодного випромінювання і невидима. Вчені переслідують це явище вже 40 років. Нове дослідження своїм підходом розхитує основи класичної фізики.

Від Сільвії фон дер Вайден

Таємничий матеріал переслідує Всесвіт. Це накладає свій відбиток на орбітальні швидкості мільярдів зірок у спіральних галактиках, які, як і наш Чумацький Шлях, обертаються навколо своїх центрів. Насправді швидкість обертання галактик повинна зменшуватися назовні, як обертальне пожежне колесо. Насправді, швидкість обертання залишається незмінною навіть із збільшенням відстані від центру. Тому регіони повинні містити набагато більше речовини, ніж кількість зірок та газу.

Навіть більше: невидима речовина утримує галактики разом завдяки своєму масовому притяганню, яке інакше розірвало б відцентрова сила. Невидимий цемент зірок не видає ніякого випромінювання. Тому його не можна виміряти безпосередньо: темна речовина, як називають явище астрономи, виявляється лише опосередковано.

Їх вплив також можна спостерігати в набагато більших структурах у Всесвіті. Тисячі зоряних систем гудуть одна біля одної у могутніх скупченнях галактик. Швидкості галактик настільки великі, що сила тяжіння видимої матерії не могла утримати скупчення: воно вже давно розпалося б. Щоб галактики могли залишатися разом у своїх скупченнях, темної матерії має бути в десять-сотню разів більше. Це надає структуру Всесвіту.

Супутникові вимірювання дозволяють припустити, що Всесвіт містить лише чотири відсотки “нормальної” речовини, що міститься в зірках і планетах. За підрахунками, 23 відсотки маси в космосі складаються з темної речовини. Загалом, частка цього питання мала б майже 30 відсотків. Це приблизно критична щільність маси, розмір, який розміщує Всесвіт на межі між вічним розширенням та колапсом. Частка темної матерії визначає долю Всесвіту. Недарма вчені вже 40 років ганяються за примарним матеріалом.

Довгий час нейтрино, надзвичайно легку, електрично нейтральну елементарну частинку, вважали кандидатом. Однак розрахунки показують, що його загальна кількість також недостатня, щоб заповнити розрив у відсутній масі. Британський фізик Стівен Хокінг запропонував іншу можливість. Після цього під час Великого вибуху мала утворитися велика кількість крихітних чорних дір. Така міні-дірка навряд чи була б більшою за елементарну частинку, але вона мала б масу гори. Однак прямих доказів досі не вистачало як їм, так і темній речовині.

Нова модель розхитує основи фізики

Зараз деякі дослідники втратили терпіння. У спеціалізованому журналі "Астрономія та астрофізика" вчені Віденського технологічного університету та Боннського університету пропонують нову модель, яка розхитує основи не тільки класичної фізики. Відповідно до цього гравітація розвиватиме сильнішу силу тяжіння у більших масштабах, ніж у повсякденному світі.

Це правда, що можна пояснити стільки ефектів, які раніше приписували темній речовині. Ціна: сила тяжіння буде мінливою і втрачатиме статус природної константи. У своєму дослідженні група навколо бонського астронома Павла Крупи та їхні віденські колеги на прикладах детально пояснювали слабкі сторони попередніх моделей темної матерії. Висновок: «Ми повинні серйозно почати розглядати альтернативи». Сюди також входили адаптації до теорії тяжіння Ньютона.

Багато дослідників залишаються скептичними

Марсель Павловскі, астрофізик з Боннського університету і співавтор дослідження, також дотримується цієї точки зору. «Загальновизнаного, конкретного формулювання модифікованого тяжіння ще не існує. Але є альтернативні моделі », - говорить він.

Але багато дослідників залишаються скептичними. Вони критикують альтернативні моделі за те, що вони лише пояснюють, до чого вони пристосовані. "На сьогоднішній день не було модифіковано законів гравітації, які могли б пояснити весь спектр спостережень у Всесвіті", - говорить Саймон Уайт, директор Інституту астрофізики Макса Планка в Гархінгу. Проблема полягає в тому, що деякі уявлення про темну матерію суперечать спостереженням у нашому космічному сусідстві. Боннські дослідники звертають на це увагу.

Через масове залучення темної матерії можна очікувати, що принаймні тисяча галактик-супутників обертаються навколо домінуючого Чумацького Шляху та його сусіда - галактики Андромеди. Насправді їх лише 25. Як вийти з дилеми?

Надії багатьох вчених спрямовані на великий прискорювач LHC в Женеві. З його допомогою вони хочуть просунутися в енергетичні діапазони, в яких частинки, передбачені теорією суперсиметрії, очікуються для темної речовини. Теоретики вже придумали назву для частинок-кандидатів: «Wimp», що означає «слабо взаємодіюча, масивна частинка». Незалежно від того, чи існують вони насправді, це буде тестом для сучасних моделей початку та кінця світу.