Всеки от нас поне веднъж е чувал за „тъмна материя“, но не всеки е в състояние правилно да обясни какво представлява. Може би няма да има нужда от тези обяснения, защото най-новите изследвания поставят под въпрос съществуването на „тъмна материя“като такава.
ГАЛАКТИЧНА АНОМАЛИЯ
Хипотезата за „тъмната материя“се появи в опит да се разбере същността на аномалията, наблюдавана от астрономите.
През 1922 г. холандецът Якобус Каптейн, изучавайки движението на звездите, стигна до извода, че значителна част от материята в Галактиката е невидима - в работата му вероятно най-напред е използван терминът „Тъмната материя“. Десет години по-късно хипотезата е подкрепена от радиоастронома Ян Оорт, но тя е широко разпространена една година по-късно, когато швейцарският астрофизик Фриц Цвики изчислява радиалните скорости на осем галактики, разположени на ръба на Кома (съзвездие Кома) и сравнява получените данни с подобни, но изчислени с използвайки видимата яркост на клъстера. Той откри, че за да поддържа стабилността, общата маса на струпването трябва да е четиристотин пъти по-голяма от масата на нейните звезди. Въз основа на това Цвики предположи, че в клъстера има значително предлагане на материя, която остава невидима за нас, т.е.но има най-силен гравитационен ефект върху галактиките. Цвики направи грешка в изчисленията с порядък, но по-внимателни измервания потвърдиха: масата на групата Кома, ако се изчисли по два различни начина, не се сближава значително в резултата!
Преди да се направят обобщения обаче, се изискваше да се докаже, че такъв ефект е широко разпространен в обозримото пространство. През 1939 г. американският астроном Хорес Бабок, изучавайки най-близката галактика М 31 (мъглявината Андромеда), установява, че скоростта на въртене на звезди около центъра й не намалява, както е предвидено от небесната механика, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието, но остава почти постоянна. Това означава, че галактиката по цялата си дължина съдържа значителна маса невидима материя. Бабок обаче не свързва аномалията с неразбираема „тъмна материя“, но предположи, че във външната част на М 31 се провеждат някои процеси, които променят нейната динамика.
ТЪМЪТ ТЪМ
Промоционално видео:
Астрономите се върнаха към хипотезата за "тъмната материя" през 60-те години, когато се появиха нови прецизни инструменти за изучаване на Вселената. И през 1975 г. Вера Рубин и Кент Форд разговаряха на конференция на Американското астрономическо дружество, които заявиха, че са успели да получат надеждни данни, показващи значително несъответствие между теорията за масовото разпределение в галактиките и наблюдаваната реалност. Учените използваха най-модерния спектрограф, който даде възможност да се определи скоростта на въртене на клоните на спиралните галактики дори „когато се гледа от ръба“. И те откриха, че по-голямата част от звездите в галактиките се движат по орбитите си със същата ъглова скорост, потвърждавайки невероятното предположение: плътността на масата в галактиките е равномерно разпределена. След още три години наблюденията бяха независимо потвърдени.и през 1980 г. астрономическата общност окончателно призна валидността на заключенията. В същото време Рубин установява, че за да бъде теорията съгласувана с практиката, галактиките трябва да съдържат количество невидима материя, шест пъти по-голямо от това, което можем да видим чрез телескопи.
В същото време започват да пристигат и други доказателства. Първо, изследването на движението в системи от двойни галактики разкри колосалното влияние на "тъмната материя", като ясно нарушава класическите закони на небесната механика. Второ, без наличието на "тъмна материя" елиптичните галактики бързо биха загубили горещия си газ, което не се наблюдава. Трето, самата „тъмна материя“огъва светлина, което се разкрива в ефекта на гравитационното лещиране.
Днес е общоприето, че делът на "тъмната материя" е 84,5% от цялата материя, съдържаща се във Вселената.
ТЪРСЕНЕ ЗА НЕЗНАЧЕНИЯ
Идеята за "тъмната материя" се оказа търсена от космолозите, когато те не можаха да открият нехомогенността в радиационното излъчване (космически микровълнов фон), предвидена от теорията за произхода на Вселената и да обяснят появата на галактически структури чрез това. Въвеждането на някои частици в модела, които почти не взаимодействат с обикновената материя, но са много тежки, направи възможно да се заобиколи възникналата трудност. Въпреки това, в началото на 90-те години на миналия век, нехомогенността на реликтовата радиация беше разкрита с помощта на орбиталната обсерватория COBE. Изглежда, че въпросът е затворен, но „тъмната материя“вече толкова е очаровала учените, че те не го изоставят, а напротив, започнали да търсят „носител“на субатомно ниво.
Проблемът е, че "тъмната материя" не взаимодейства с електромагнитното излъчване (включително видимата светлина), така че не може да бъде открита чрез традиционните методи. По-лошото е, че изследването на движението на четиристотин звезди, разположено в радиус от 13 000 светлинни години от Слънцето, не показа никакво влияние на „тъмна материя“и учените трябваше да заключат, че то е незначително в нашия регион на космоса (около 500 грама върху обема на земното кълбо), тоест регистрирането на частица от такова вещество е невероятно трудно, ако не и невъзможно. Физиците се опитаха да разрешат проблема теоретично, като определиха параметрите на хипотетично вещество въз основа на Стандартния модел на елементарни частици. Неутрино (но те са твърде леки) и такива хипотетични частици като аксиони, космони, гравитони, геджиноси, кичури, се считаха за кандидати.магнитни монополи и др. Наблюдаваното разпределение на "тъмната материя" в пространството също поражда въпроси: в края на краищата, ако тя взаимодейства с обикновената материя чрез гравитация, тогава тя трябва да бъде изтеглена до центровете на галактиките по същия начин като обикновената материя, но това не се случва.
Ясно е, че странностите в поведението на „тъмната материя“предизвикват инстинктивен протест от редица физици, така че те отказват да признаят съществуването му, обяснявайки аномалиите при разпределението на галактическите маси по други начини. Например, гореспоменатата Вера Рубин смята, че е по-разумно да се усъвършенстват класическите теории, отколкото да се въведе принципно нов клас субатомни частици в модела. Тя е привърженик на модифицираната нютонова динамика (MOND), предложена от Mordechai Milgrom през 1983 г. и все още незначителна.
Въпреки това, изглежда, най-новите изследвания скоро ще принудят научния свят да преразгледа отношението си към „тъмната материя“. Група физици от университета Case Western Reserve (Кливланд, Охайо) публикува статия на 19 септември 2016 г., в която анализира резултатите от наблюденията на 153 галактики, използващи инфрачервен телескоп Спитцер, и двете спирални галактики като нашата и галактики с неправилна форма попаднаха в зрителното поле и гигантски галактики и джуджета. Изследването е проведено с цел да се изясни степента на влияние на "тъмната материя" върху въртенето на звездите. И изведнъж се оказа, че изобщо няма влияние и известните аномалии бяха обяснени идеално с разпределението на нормалната материя.
Авторите на откритието предполагат, че техните резултати са в основата на противоречие с предишните, тъй като за първи път за оценка на масата на далечни астрономически обекти са използвани изображения в инфрачервения диапазон, а не на видима светлина. Много от тези обекти изглеждат много бедни, което вероятно е довело до грешки при изчисляването на реалната им маса.
Ако данните се потвърдят, тогава космологичният модел, който се основава на хипотезата за съществуването на "тъмна материя", може безопасно да бъде отхвърлен и дори без да се прибягва до преразглеждане на класическата физика.
Антон Первушин
