Темна матерія
Вперше про існування "темної матерії" астрономи заговорили в 1933 році. Швейцарець Фріц Цвики вказав, що світиться речовини в скупченнях галактик в десятки разів менше, ніж потрібно, щоб сила його тяжіння утримувала галактики разом. Для пояснення парадоксу припустили, що існує невидиме гравитирующего речовину, яку називають тепер темною матерією.
Скупчення 1E0657-56 утворилося в результаті зіткнення двох скупчень галактик. Ця особливість дозволяє отримати прямі (за астрономічними мірками) докази існування темної матерії.
Зазвичай в скупченнях темна матерія і звичайне веществораспределени досить симетрично. У стикаються скупченнях звичайну речовину і темна матерія виявляються просторово розділеними (в повному обсязі, зрозуміло). Тому саме такі екзотичні освіти і треба досліджувати. Справа в тому, що, якщо темної матерії немає, то основна маса скупчення "сидить" в плазмі. При зіткненні в плазмі виникає ударна хвиля. Ця частина речовини практично зупиняється. А галактики спокійно пролітають повз (або навіть крізь) один одного. Таким чином, в такій ситуації розподіл маси буде слідувати за розподілом плазми, що спостерігається в рентгенівському діапазоні. Якщо ж темна речовина існує і становить більшу частину маси скупчення (про що нам і каже стандартна картина), то основна маса буде зосереджена в галактиках. Таким чином, карта розподілу поверхневої густини буде краще збігатися з оптичними зображеннями галактик, а не з рентгенівським зображенням хмар гарячої плазми. Важливо "тільки" отримати з спостережень розподіл маси.
Для вирішення цього складного завдання потрібно використовувати лінзування.
Розподіл темної матерії.
"Темна матерія" (або "прихована маса") - це речовина невідомого складу, що не іспускаяющее і непоглощающіх електромагнітного випромінювання, але бере участь у гравітаційних взаємодіях. Тому спостерігати "темну матерію" безпосередньо неможливо. Про її існування свідчать результати спостережень за викривленням проходять повз скупчень "темної матерії" світлових променів під дією сили тяжіння. "Темну матерію" астрономи знаходили і раніше, але тепер вони вперше можуть вивчати окремий об'єкт.
Американським фізикам-теоретикам вдалося виявити небезпеку, яка загрожує всьому світу в віддаленому майбутньому. Дуже вразливою оголошена, на цей раз, сама структура Чумацького шляху і всіх інших галактик. Виявляється, кожна галактика у Всесвіті згодом повинна розпастися на окремі елементи, а потім і зовсім розсіятися подібно ранковому туману. І все це трапиться в міру того, як буде самознищуватися темна матерія з гало (ореолів), складова "кістяк" будь-який великомасштабної навколишнього нас структури - від карликових супутників галактик до галактичних скупчень - і цементує все це за допомогою гравітаційних сил.
Такий невтішний висновок роблять у своїй новій роботі професор фізики і астрономії Лоренс Крос і Гленн Старкмана, з Університету західного резервного району в Клівленді (штат Огайо) і Університету Вандербілта, які вивчили взаємодії між частинками WIMPs. Тобто масивними слабовзаємодіючих частками (weakly interacting massive particles, які вважаються нині основними кандидатами на роль "темної речовини").
Уже відомо, що практично кожна галактікаокружена "шубою" з таємничого темної речовини, проте присутність цієї матерії може бути виявлено тільки непрямими методами - шляхом вивчення ефектів, викликаних гравітаційною взаємодією зі звичайним (баріонним) речовиною або з випромінюванням. Справжня природа темної речовини все ще залишається таємницею, хоча і відомо, що на його частку припадає приблизно 82 відсотки всієї матерії Всесвіту. Можливо, астрономи в майбутньому зможуть виявити скупчення темної речовини в межах ореолу Чумацького шляху за допомогою гамма-телескопів. Але це станеться лише в тому випадку, якщо темна речовина хоча б частково складається з частинок, здатних породжувати гамма-випромінювання.
На щастя, це все процеси досить тривалі: за оцінками Кросу і Старкмана виходить, що всерйоз турбуватися треба буде тоді, коли вік Всесвіту в 10 10 разів перевищить її нинішній вік (тобто 13,7 мільярда років).
Надалі американські фізики мають намір провести більш точне чисельне моделювання передбаченого ними "розсмоктування" темної речовини. Також детально досліджувати протидіють такій спонтанної анігіляції WIMPs процеси "випаровування" реліктових чорних дір і випадки протонних розпадів (розпади протонів експериментально поки теж не виявлено, вони лише передбачені теоретично).
Чорна діра зображення телескопом Хаббла
Вважається, що темна матерія, яку неможливо побачити, за деякими розрахунками, може становити понад 95% маси всієї матерії у Всесвіті.
Фахівці протягом 23 ночей вивчали за допомогою найпотужніших телескопів, в тому числі телескопа VLT (Very Large Telescope) в Чилі, особливості карликових галактик, що знаходяться недалеко від нашого Чумацького Шляху.
Вони провели близько 7 тис. Розрахунків і прийшли до висновку, що в цих галактиках міститься в 400 разів більше темної речовини, ніж звичайній матерії. Швидкість частинок досягає 9 кілометрів в секунду, температура становить 10 тис. Градусів за Цельсієм.
При цьому темна матерія сильно відрізняється від звичайних частинок. Так, незважаючи на високу температуру, від неї не виходить ніякого випромінювання. На думку професора Джеррі Гілмора, який керував роботою вчених, це означає, що частинки темної матерії не перебувають з протонів і нейтронів.
Найменші безперервно існуючі фрагменти темної матерії займають простір, всі сторони якого складають близько 1 тис. Світлових років. Маса таких фрагментів в 30 разів перевищує масу Сонця. Дослідники зуміли визначити і щільність темних частинок: якщо на Землі в один кубічний сантиметр вміщається 10 23 частки, то у випадку з темною матерією в тому ж обсязі може перебувати лише одна третина частки.