Време за четене: 3 минути
Каква част от нашата Вселена е тъмна материя и какви доказателства има за нейното съществуване?
Тъмната материя е невидим тип материя, за която се теоретизира, че съставлява по-голямата част от цялата материя във Вселената. Има маса, но не може да се види и не взаимодейства с обикновената материя.
Колко тъмна материя има?
Според нашия стандартен модел на космологията тъмната материя съставлява 85 процента от цялата материя във Вселената и 27 процента от общата маса-енергия на Вселената.
Кой откри тъмната материя?
През 1933 г. швейцарският астроном Фриц Цвики изследва движението на галактиките в клъстера Кома, сравнявайки масата, която съдържа, със скоростта на орбитата на отделните галактики. Това, което очакваше да открие, беше, че степента на гравитация, която привлича галактиките към центровете на клъстера, ще обясни колко бързо се движат в орбита.
Представете си комета, която профучава покрай Слънцето. Доколко пътят на кометата ще се извие към Слънцето зависи от две неща: колко бързо се движи и силата на гравитацията на Слънцето. Ако гравитацията е достатъчно силна, кометата ще бъде хваната в орбита; ако не, или ако се движи твърде бързо, кометата ще излети в космоса.
Това, което Цвики установи, беше, че галактиките във външните краища на клъстера се движат твърде бързо, за да може гравитацията да ги задържи в орбита. И така, какво може да ги държи там?
Оценяването на броя и яркостта на галактиките в клъстера даде на Цвики приблизителна оценка на масата, която той използва за изчисляване на гравитацията. Тъй като оценката му беше твърде малка, той теоретизира, че трябва да има маса, която не може да види. Той нарече този дънкъл Матери, или „тъмна материя“.
Тази тъмна материя трябва да има някои странни свойства. Има маса, така че има гравитационна сила. Но ние не можем да го видим, което означава, че той не излъчва и не отразява светлина.
Какви други доказателства има за тъмната материя?
На около 3,8 милиарда светлинни години от Земята се намира двойка сблъскващи се галактически купове. По-малкият от двата, известен като Bullet Cluster, пробива пътя си през по-големия.
На изображението по-горе галактиките, които съставят клъстерите, са показани в оранжево и бяло, а горещият газ на клъстерите, който излъчва рентгенови лъчи, е показан в розово. Те съставляват „нормалната“ материя в галактическите купове.
Сините области на изображението, по външните краища, са по-голямата част от масата в клъстерите. Тази маса е открита благодарение на ефект, известен като гравитационна леща.
Общата теория на относителността на Айнщайн ни казва, че самото пространство-време е изкривено от масата, което е ефект, който виждаме като гравитация. Всичко във Вселената се влияе от него – дори светлината. Така че дори и да не можем да видим самата материя, можем да видим начина, по който светлината се огъва в нейно присъствие.
Така че по-голямата част от материята в тези сблъскващи се клъстери не е нито галактики, нито горещ газ, а нещо с маса, което не можем да видим.
Клъстерът Bullet ни дава представа за друг аспект на тъмната материя. Тъмната материя е пътувала много по-далеч след сблъсъка от горещия газ и сега е в покрайнините на клъстера. Докато горещият газ усети сила на съпротивление по време на сблъсъка, като въздушно съпротивление, тъмната материя не го почувства. Това означава, че не взаимодейства със себе си или с нормалната материя – освен чрез гравитация.
От какво се състои тъмната материя?
Въпреки името си, не може просто да се състои от мъртви звезди, газ и прах. Тъмната материя трябва да се състои от нещо по-екзотично от стандартните атомни частици, за да се гарантира, че Големият взрив ще създаде вселена, химически подобна на тази, която виждаме.
Такива ограничения на наблюдението принудиха теоретиците да се съсредоточат върху шепа кандидати за тъмна материя.
Основните претенденти включват така наречените слабо взаимодействащи масивни частици („WIMPs“) и гравитино, чието съществуване е предсказано от теории, насочени към обединяване на всички фундаментални сили и частици в природата, и аксиони, предсказани да съществуват от теории за това как атомните ядра се държат заедно. Експериментите, които сега се провеждат в Големия адронен колайдер, може скоро да разкрият истината.
