По-голямата част от Вселената се състои от „материя“, която не може да бъде видяна, вероятно несъществена и взаимодейства с други неща само чрез силата на гравитацията. О, да, и физиците не знаят каква е тази материя или защо има толкова много във Вселената - около четири пети от нейната маса.
Учените го наричат тъмна материя.
И така, къде е тази мистериозна материя, която съставлява толкова огромен къс от нашата вселена и кога учените ще я открият?
Как знаем, че този въпрос съществува
Хипотезата за тъмната материя е изложена за първи път от швейцарския астроном Фриц Цвики през 30-те години на миналия век, когато той осъзнава, че неговите измервания на масивите от галактически клъстери показват, че част от масата във Вселената „липсва“. Каквото и да направи галактиките по-тежки, тя не излъчва никаква светлина, нито взаимодейства с нищо друго освен чрез гравитацията.
Астрономът Вера Рубин през 70-те години на миналия век откри, че въртенето на галактиките не следва закона на движението на Нютон; звездите в галактики (в частност Андромеда) сякаш се въртят около центъра със същата скорост, но тези, които са по-далеч от звездата, се движат по-бавно. Сякаш нещо добавя маса към външната част на галактиката, която никой не може да види.
Останалите доказателства идват от гравитационните лещи, които се появяват, когато гравитацията на голям обект се огъва светлинни вълни около обект. Според теорията на Алберт Айнщайн за общата относителност гравитацията огъва пространството (подобно на борецът на сумо може да деформира постелката, на която стои), така че светлинните лъчи да се огъват около големи предмети, въпреки че самата светлина е без маса. Наблюденията показаха, че няма достатъчно видима маса, която да огъва светлината, както става около отделните галактически клъстери - с други думи, галактиките бяха по-масивни, отколкото трябва да бъдат.
Промоционално видео:
Тогава се появява реликтовата радиация (CMB), "ехото" на Големия взрив и свръхновите. „CMB ни казва, че Вселената е пространствено плоска“, казва Джейсън Кумар, професор по физика в Университета на Хавай. "Пространствено плосък" означава, че ако нарисувате две линии през Вселената, те никога не се пресичат, дори ако линиите са били милиарди светлинни години. В стръмно извита вселена тези линии ще се срещнат в някакъв момент от космоса.
Вече има малък спор сред космолозите и астрономите по въпроса дали съществува тъмна материя. Не влияе на светлината и не се зарежда като електрони или протони. Досега той се избягва от директното откриване.
"Това е мистерия", каза Кумар. Възможно е да има начини, по които учените са се опитали да „видят“тъмната материя - или чрез нейното взаимодействие с обикновената материя, или чрез търсене на частици, които биха могли да бъдат тъмна материя.
Каква тъмна материя не е
Много теории са идвали и заминавали какво е тъмна материя. Едно от първите беше съвсем логично: въпросът беше скрит в масивни астрофизични компактни ореоли (MACHOs), като неутронни звезди, черни дупки, кафяви джуджета и несериозни планети. Те не излъчват светлина (или излъчват много малко), така че са практически невидими за телескопите.
Въпреки това, изследване на галактики, които търсят малки изкривявания в звездна светлина, произведени от MACHO, минаващи покрай - наречени микросенсиране - не можеха да обяснят количеството на тъмната материя около галактиките или дори голяма част от нея. „MACHO изглежда са изключени както винаги“, казва Дан Хупър, асоцииран изследовател в Националната ускорителна лаборатория Fermi в Илинойс.
Тъмната материя не изглежда облак от газ, който не може да се види през телескопите. Дифузният газ ще абсорбира светлина от галактики, които са по-далеч и в горната част на този нормален газ ще излъчва радиация при по-големи дължини на вълната - ще има огромно излъчване на инфрачервена светлина в небето. Тъй като това не се случва, можем да го изключим.
Какво може да бъде?
Слабо взаимодействащи масивни частици (WIMP) са едни от най-силните претенденти за обяснението на тъмната материя. Wimps са тежки частици - около 10 до 100 пъти по-тежки от протона, които са създадени по време на Големия взрив и остават в малък брой и днес. Тези частици взаимодействат с нормалната материя чрез гравитация и слаби ядрени сили. По-масивните WIMP ще се движат по-бавно в пространството и следователно могат да бъдат кандидати за „студена“тъмна материя, докато по-леките ще се движат по-бързо и ще бъдат кандидати за „топла“тъмна материя.
Един от начините да ги намерите е чрез „директно откриване“, като експеримента с големия подземен ксенон (LUX), който представлява контейнер с течен ксенон в мина в Южна Дакота.
Друг начин да видите wimps може да бъде с ускорител на частици. Вътрешните ускорители атомните ядра се разрушават със скорост, близка до скоростта на светлината, и в процеса тази енергия на сблъсък се преобразува в други частици, някои от тях са нови за науката. Досега нищо не е намерено в ускорителите на частици, които да изглеждат като предполагаема тъмна материя.
Друга възможност: оси. Тези субатомни частици могат да бъдат открити индиректно от видовете излъчване, което излъчват, как се разрушават или как се разпадат в други видове частици или се появяват в ускорители на частици. Няма обаче и преки доказателства за аксионите.
Тъй като откриването на тежки, бавни „студени“частици като кичури или аксиони все още не е дало резултати, някои учени разглеждат възможността за леки, по-бързо движещи се частици, които причиняват „топла“тъмна материя. Има подновен интерес към подобен модел на тъмна материя, след като учените откриха доказателства за неизвестна частица, използваща рентгеновата обсерватория Чандра, в клъстера Персей, група галактики на около 250 милиона светлинни години от Земята. Известните йони в този клъстер произвеждат определени линии на рентгеново излъчване и през 2014 г. учените видяха нова „линия“, която може да съответства на неизвестна светлинна частица.
Ако частиците от тъмната материя са светли, учените трудно ще ги намерят директно, заяви Трейси Слейтър, физик в MIT. Тя предложи нови видове частици, които могат да съставят тъмна материя.
„Тъмната материя с маса под около 1 GeV наистина е трудно да се открие със стандартни експерименти за директно откриване, защото те работят, като търсят необясними връщания на атомни ядра … но когато тъмната материя е много по-лека от атомното ядро, енергията на отдръпването е много малка“, каза Трейси Слейтър.
Направени са много изследвания в търсенето на тъмна материя и ако настоящите методи се провалят, ще се проведат нови. Използването на "течен" течен хелий, полупроводници и дори разрушаване на химически връзки в кристали са някои от новите идеи за откриване на тъмна материя.