10 вопросов о Вселенной, на которые ответит темная материя
Частицы темной материи не производят свет, не отражают и не поглощают его. Однако, хотя мы не можем сразу увидеть темную материю и пока не понимаем ее природу, ученые сходятся во мнении, что она составляет 26% известной Вселенной и наблюдают ее гравитационное воздействие на другие светящиеся объекты. Как ветер, который гнет деревья, мы не можем увидеть темную материю, но мы знаем, что она существует. На основе этих наблюдений ученые разрабатывают очень интересные теории об этом загадочном веществе. Если он будет обнаружен, наше понимание Вселенной значительно прояснится.
Темная материя может вызвать массовое вымирание
Майкл Лампино, профессор биологии Нью-Йоркского университета, считает, что движение Земли в Галактическом альбоме (регион нашей галактики) могло привести к потере массы на Земле. Это произошло потому, что наше движение нарушило орбиты комет во внешней Солнечной системе (известных как «облачные авто») и увеличило тепло в ядре планеты.
Вместе со своей планетой Солнце обращается вокруг центра галактики каждые 250 миллионов лет. В процессе движения он пересекает галактический диск каждые 30 миллионов лет. Лампино утверждает, что прохождение Земли через диск совпадает с падением комет на Землю и массовыми вымираниями на Земле, включая то, что произошло 65 миллионов лет назад, когда исчезли динозавры. Другие предполагают, что незадолго до того, как астероид положил конец гигантским ящерам, их ряды были значительно разбавлены извержениями вулканов.
Сочетание аномальной вулканической активности и столкновения с астероидами совпадает с прохождением земли через галактический диск. Концентрации от Земли до внешней Солнечной системы во время прохождения через диск», — говорит Лампино. Это означает, что кометы, которые обычно проходят большие расстояния от Земли, следуют необычным маршрутом до точки столкновения с планетой». Другие считают, что теория Лампино не применима, потому что динозавры исчезли из-за воздействия астероидов, а не комет. Однако 4% Облака Авто состоит из астероидов, или около 8 миллиардов из них.
Кроме того, Лампино считает, что любое прохождение Земли через галактический диск вызвало накопление темной материи в ядре планеты. Частицы темной материи взаимозависимы и могут производить интенсивное тепло, вызывая извержения вулканов, изменения уровня моря, развитие гор и другие геологические действия, которые могут иметь серьезные последствия для жизни на Земле.
Млечный Путь может быть гигантской червоточиной
Возможно, мы живем в гигантском туннеле, коротком пути через Вселенную. Как гласит общая теория относительности Эйнштейна, червоточины — это области, где пространство и время искажаются, создавая червей в отдаленных частях Вселенной. По мнению астрофизиков из Международной школы передовых исследований в Триесте, Италия, темная материя в нашей галактике может быть распределена таким образом, что обеспечивает стабильный червь в центре галактики. Эти ученые считают, что настало время пересмотреть природу темной материи, которая может быть просто частью другого измерения.
Профессор Пауло Салуччи сказал: «Если мы объединим карту темной материи нашей галактики с последними моделями Большого взрыва и предположим существование пространственно-временных туннелей, то наша галактика может иметь любую из них. Такой туннель может быть размером с целую галактику. Более того, согласно нашим расчетам, по этим туннелям можно даже пройти, как это показано в фильме «Интерстеллар», поскольку они плавают.
Конечно, это всего лишь теория. Но ученые считают, что темная материя может быть ключом к созданию и наблюдению за червоточинами. До сих пор в природе не было обнаружено ни одной червоточины.
Открытие галактики X
Галактика X, также известная как Галактика темной материи, является почти невидимой карликовой галактикой и может быть ответственна за странные пульсации холодного водорода на внешней стороне диска Млечного Пути. Считается, что Галактика X — это галактика-спутник нашего Млечного Пути, входящая в кластер из четырех переменных вихрей, используемых в качестве маркеров для измерения расстояний в космосе. Согласно теории, остальная часть этой карликовой галактики не видна, поскольку состоит из темной материи. Однако из-за гравитационного притяжения этих галактик возникает рябь, которую мы можем видеть. Без гравитационного источника в виде темной материи, связывающего их вместе, четыре цефеиды, вероятно, разлетелись бы.
Астроном Суканья Чакрабарти говорит: «Открытие переменных звезд цефеид показывает, что наши методы обнаружения карликовых галактик, которые в основном состоят из темной материи, работают. — В конечном итоге это поможет нам понять, из чего состоит темная материя. Это также показывает, что теория гравитации Ньютона может быть использована в самых отдаленных регионах нашей галактики и что нам не нужно менять нашу теорию гравитации.»
Распад бозона Хиггса на темную материю
Стандартная модель физики частиц, разработанная в 1970-х годах, представляет собой набор теорий, которые по существу предсказывают все известные субатомные частицы во Вселенной и их взаимодействие. Существование бозона Хиггса (он же «частица Бога») было подтверждено в 2012 году, что дополнило Стандартную модель. К сожалению, эта модель не объясняет всего и ничего не говорит о гравитации и темной материи. Масса бозона Хиггса также кажется некоторым ученым слишком маленькой.
Это заставило ученых из Технологического университета Чалмерса предложить новую модель, основанную на суперсимметрии. Она оснащает все известные стандартные частицы более тяжелым суперпартнером. Согласно новой теории, небольшая часть бозона Хиггса распадается на один фотон (частица света) и два гравитино (виртуальные частицы темной материи). Если эта модель подтвердится, она полностью изменит наше понимание фундаментальных строительных блоков природы.
Темная материя на Солнце
В зависимости от метода, используемого для анализа Солнца, количество элементов тяжелее водорода или гелия колеблется между 20 и 30%. Каждый из этих элементов можно измерить, изучив спектр излучаемого света, подобно отпечатку пальца, и то, как он влияет на звуковые волны, проходящие через Солнце. Любопытное различие в этих двух типах измерений солнечных элементов называется проблемой солнечного изобилия (или обилия).
Точные измерения этих элементов необходимы для понимания химического состава Солнца, его плотности и температуры. Во многом это также поможет нам понять состав и поведение других звезд, планет и галактик.
В течение многих лет ученые не могли выработать приемлемое решение. Тогда астрофизик Аарон Винсент и его коллеги предложили в качестве возможного ответа существование темной материи в ядре Солнца. Испробовав множество моделей, они пришли к теории, которая в той или иной форме работала. Однако особый тип темной материи — «асимметричная темная материя» — может одновременно быть как материей, так и антиматерией.
На основе гравитационных измерений ученые выяснили, что Солнце окружено ореолом темной материи. Асимметричные частицы темной материи не содержат много антиматерии, поэтому они могут выжить после контакта с нормальной материей и накопиться в ядре Солнца. Эти частицы также могут поглощать энергию в центре Солнца, а затем передавать тепло внешним краям, что объясняет проблему избытка солнечной энергии.
Темная материя может быть макроскопической
Ученые из Case Western Reserve сомневаются, в правильных ли местах они ищут темную материю. В частности, они предполагают, что темная материя может состоять из макроскопических объектов размером до астероидов, а не из небольших экзотических частиц, таких как вимпы (слабо взаимодействующие массивные частицы). Однако ученые ограничивают свои теории тем, что уже наблюдалось во Вселенной. Отсюда их вера в то, что установленные модели фундаментальной физики частиц дают ответ. Никаких новых моделей не требуется.
Ученые назвали объекты из темной материи «макроскопическими». Они не утверждают, что нет слабаков или зла, но признают, что поиск темной материи может включать и других кандидатов. Есть примеры проблем, которые не являются ни обычными, ни экзотическими, но подходят под параметры стандартной нормы.
«Научное сообщество отказалось от идеи, что темная материя может состоять из обычной материи, в конце 1980-х годов, — говорит профессор физики Гленн Старкман. — ‘Это неверно, или темная материя может состоять из обычной материи — кварков и электронов?’
Обнаружение темной материи по GPS
Два физика предлагают использовать спутники GPS для поиска темной материи, которая, как считают ученые, не является частицей в общепринятом смысле, а скорее потерей в организации пространства-времени.
Наше исследование подтверждает идею о том, что темная материя может быть организована как огромная коллекция топологических дефектов или энергетических трещин, — говорит Андрей Деревянко из Университета Невады. — ‘Мы рекомендуем использовать сеть чувствительных атомных часов для обнаружения этих дефектов’. Идея заключается в том, что если часы не синхронизированы, вы знаете, что темная материя, которая является топологическим дефектом, прошла эту позицию. По сути, мы будем использовать спутники GPS в качестве крупнейшего антропогенного детектора темной материи».
Ученые анализируют данные с 30 спутников GPS и с их помощью пытаются контролировать теорию. Если темная материя действительно является газом, то Земля проходит сквозь нее, когда движется в галактику. Порывы темной материи, действующие как ветры, затягивают Землю и ее спутники, вызывая потери часов GPS на спутниках и на Земле каждые три минуты. Ученые могут контролировать расхождение на миллиардные доли секунды.
Темная материя может питаться темной энергией
Согласно последним исследованиям, темная энергия может питать темную материю в процессе взаимодействия, что может замедлить рост галактик и в конечном итоге почти полностью опустошить Вселенную. Темная материя, вероятно, распадается на темную энергию, но мы этого еще не знаем. Космический аппарат «Планк» недавно показал естественный состав Вселенной: 4,9% нормальной материи, 25,9% темной материи и 69,2% темной энергии.
Темная материя и темная энергия не видны. Эти термины не очень хорошо определены научным сообществом. Они кажутся сделкой, но остаются ею до тех пор, пока мы не поймем, что происходит на самом деле.
Темная материя притягивается, темная энергия отталкивается. Темная материя — это каркас или основа, на которой построена галактика и ее содержимое. Считается, что его гравитационное притяжение удерживает звезды в галактике. Когда объекты находятся близко друг к другу, их гравитация становится сильнее; когда они находятся далеко друг от друга, она ослабевает.
Темная энергия, с другой стороны, относится к силам, которые вызывают расширение Вселенной и разбрасывают галактики. Когда темная энергия удаляет эти объекты, гравитация ослабевает. Это говорит о том, что расширение пространства ускоряется, а не замедляется из-за гравитационных эффектов, как считалось раньше.
«С конца 1990-х годов астрономы были убеждены, что что-то вызывает расширение нашей расширяющейся Вселенной, — говорит профессор Дэвид Вандс из Портсмутского университета. — Простое объяснение заключается в том, что пустое пространство — зазор — имеет плотность энергии, которая является космологической константой. Однако появляется все больше признаков того, что эта простая модель не может объяснить весь спектр астрономических данных, доступных ученым. В частности, секулярные структуры, галактики и галактическое расширение происходят медленнее, чем ожидалось.»
Темная материя вызывает рябь в галактическом диске
Глядя на Вселенную с Земли, мы видим, что звезды резко заканчиваются на расстоянии 50 000 световых лет от центра нашей галактики. Таким образом, это конец галактики. Мы не будем иметь значения, пока в 15 000 световых лет от этого предела, Кольцо Единорога, не удалится от звезд выше уровня нашей галактики. Некоторые ученые полагали, что эти звезды отделились от другой галактики.
Однако новый анализ данных цифрового исследования Слоана показал, что Кольцо Единорога на самом деле является частью нашей галактики. Это означает, что наша галактика по крайней мере на 50% больше, чем мы думали, увеличивая диаметр галактики со 100 000-120 000 световых лет до 150 000-180 000 световых лет.
С Земли мы не видим, как галактические лотки объединяются для пульсаций. Эта рябь выглядит как концентрические круги, расходящиеся от точки падения камня в воду. Зыбь поднимается и покрывает морской пейзаж, но видны только самые высокие волны. Таким образом, наш угол обзора частично исключал форму галактики, но мы видели кольцо единорога так, как будто это была вершина более высокой волны.
Это открытие меняет наше представление о структуре галактик.
‘Мы обнаружили, что альбом Галактики — это не просто звездный альбом уровней, он может быть волнистым, — говорит Хайди Ньюберг из школы Ренсселаера. — В диске Галактики есть по крайней мере четыре полости. Поскольку эти четыре впадины видны только с нашей точки зрения, мы можем предположить, что подобные пульсации существуют во всем нашем галактическом альбоме.
Ученые считают, что пульсации могут быть вызваны темной материей или галактиками с d-звездами, разбивающими нашу галактику. Если эта теория окажется верной, то концентрические полости в нашей галактике помогут ученым проанализировать распределение темной материи в нашей галактике.
Гамма-лучевая сигнатура
До недавнего времени единственным способом обнаружения темной материи учеными было наблюдение за ее возможным гравитационным воздействием на другие светящиеся объекты. Однако ученые считают, что гамма-лучи могут служить непосредственным указанием на то, что темная материя скрыта в нашей Вселенной. Возможно, они уже обнаружили первые признаки гамма-излучения в Ретине 2, недавно открытой карликовой галактике, расположенной недалеко от нашей собственной галактики.
Гамма-лучи — это тип высокоэнергетического электромагнитного излучения, испускаемого плотным центром галактики. Если темная материя действительно состоит из трахеид, то частицы темной материи могут быть источником гамма-излучения, возникающего при взаимной нейтрализации фей, находящихся в контакте. Однако гамма-лучи могут испускаться и другими источниками, такими как черные дыры или пульсары. Если в ходе анализа удастся отделить одни источники от других, то можно получить гамма-лучи от темной материи. Однако это всего лишь теория.
Ученые считают, что большинство галактик с d-звездами не имеют существенного источника гамма-излучения и что темная материя может объяснить 99% из них. Именно поэтому физики из университетов Карнеги-Меллона, Брауна и Кембриджа взволнованы получением гамма-лучей из Ретикулума-2.
Гравитационное обнаружение темной материи говорит нам очень мало о поведении частиц темной материи, — говорит Мэтью Уокер из Карнеги-Меллон. — Теперь у нас есть негравитационные обнаружения, которые доказывают, что темная материя ведет себя как частица. Это очень важно, поскольку показывает, что темная материя является частицей.
Конечно, остается возможность того, что эта радиация может исходить из других источников, которые пока не установлены. Однако недавнее открытие девяти карликов вблизи галактики дает возможность глубже изучить эту теорию. Опубликовано econet.co.uk
