Все о космосе

Темная Масса Вселенной — что про нее известно

Из всех соображений, упомянутых (и не упомянутых) выше, следует, что Тем­ная Масса Вселенной в 6 раз превышает массу всего того, что видят и чего не за­мечают глаза и приборы. До 70-х годов астрофизики наивно предполагали су­ществование Темной Массы только в скоплениях галактик. Затем ее "допус­тили" и в нашу Галактику, где на нее приходится примерно столько же мас­сы, сколько и на обычную материю. Темная Масса значительно меньше кон­центрируется к центру Галактики, чем барионная материя, которая образует классический спиральный диск; она бо­лее равномерно распределена в гало, охва­тывающем Галактику гигантской сфе­рой. В этом смысле вокруг и внутри на­шей звездной системы находится еще одна галактика. Темная Масса никак не взаимодействует с излучением любых видов, никак не светит сама и ничего не поглощает. Но она подвержена закону всемирного тяготения и проявляет се­бя, концентрируясь вокруг галактик и других массивных объектов. Впрочем, правильнее сказать, наверное, что это галактики и другие массивные объекты концентрируются вокруг скоплений та­инственной Темной Массы, которой раз в 6 раз больше. Именно возникавшие на ранней стадии Вселенной неоднород­ности распределения Темной Массы привели к образованию первых протогалактик. Более того, из наблюдений спутника WMAP следует, что она уже существовала в момент Большого Взры­ва. Без нее наш мир не мог возникнуть.

Кроме тяготения, Темная Масса ни­чем себя не выдает. Предполагается, что она состоит из каких-то неизвестных элементарных частиц с парадоксальными свойствами (для них уже предложено название: нейтралино). Они не только не реагируют на излучение, но практичес­ки не взаимодействуют и между собой. Многие исследователи считают, что они оставались холодными даже при Боль­шом Взрыве, никак не реагируя на его миллиарды градусов. О них, кроме гра­витации, нет никаких, абсолютно ника­ких экспериментальных данных. Зато есть очень научное название: Холодная Бесстолкновительная Темная материя.

Находится ли Темная Масса прямо здесь, рядом с нами, или, чтобы ее по­чувствовать, нужна вся Галактика? В на­ше время обычная и темная материи оби­тают по соседству, но пристрастия у них разные. Темная материя рассеяна в окру­жающей Галактику сфере, а обычная сконцентрирована в диске и централь­ных ее частях, хотя это не значит, конеч­но, что темной нет вокруг и внутри нас. Но ощущает ли ее, как силы тяжести и инерции, мой кот, который сидел возле меня и сейчас спрыгнул с компьютера? У меня такое ощущение, что наши с ним познания о Темной материи одинаковы.

Но что же могли бы представлять со­бой эти гипотетические элементарные частицы Темной Массы? Есть только до­гадки теоретиков, причем около десятка вариантов. Во-первых, частицы Темной Массы должны быть долгоживущими, не распадаться радиоактивным образом в течение, по меньшей мере, 14 млрд. лет. То, что они оставались холодными при Большом Взрыве, указывает, что они не­релятивистские (медленные) и поэтому способны были создать гравитационные неоднородности прямо в момент Взрыва. Кандидатами на роль частиц Темной Массы называются Слабо Взаимодейс­твующие Массивные Частицы (англий­ская аббревиатура WIMPs), которым тео­ретики приписывают интересные свойства, но которые, увы, еще не открыты. Что уже известно, так это плотность Тем­ной Массы. В межгалактическом про­странстве в кубе со стороной 170 000 км (половина расстояния до Луны) содер­жится в среднем всего 1 г обычного, бари-онного (светящегося) вещества и около 10 г Темной Массы. Вселенная — это глав­ным образом пустота (а лучше сказать — вакуум). Вблизи Земли-Луны (и вообще в Солнечной системе) плотность обычного вещества в миллионы раз больше.

На сцену выходит вакуум

В конце XX века ученые считали, что в формировании Вселенной принимали участие две гигантских силы. Согласно этим представлениям, первой был Боль­шой Взрыв с невообразимо быстрым рас­ширением на ранней стадии. Затем, как представлялось, энергия и масса стали конденсироваться в частицы, затем в атомы, звезды и галактики, удалявшие­ся друг от друга с большой скоростью (по-видимому, это и есть скорость рас­ширения самого пространства, хотя с этим понятием возникает путаница). Но вторая сила, их взаимное тяготение, поглощало кинетическую энергию раз­лета, постепенно замедляя их движе­ние. Выяснение характера замедления и должно было стать ответом на предлага­емые сценарии дальнейшего развития событий — остановится ли оно когда-ни­будь и пойдет вспять, или тяготения не­достаточно и расширение, замедляясь, будет продолжаться вечно. Разбросан­ные в вакууме Вселенной вспышки сверх­новых в удаленных на разные расстоя­ния галактиках, как считалось, дадут, наконец, ответ. И ответы действительно были получены. Только совсем не те, что ожидались. В дело вмешался вакуум, который, скорее всего, и определяет судьбу Вселенной и даже, возможно, ее отдаленную катастрофу.

Физики и раньше считали, что ваку­ум космического пространства — это самый сложный объект природы. Но уже 100 лет экспериментаторы никак не могут к нему подступиться, хотя он имеется в их распоряжении в неограни­ченном количестве. На свойствах ваку­ума построена вся радиосвязь, от кос­мических аппаратов до телевидения и сотовых телефонов. Но это лишь одно из многих его свойств. Квантовая тео­рия показывает, что вакуум как бы ки­пит элементарными частицами, кото­рые парами частица-античастица (нап­ример, электрон-позитрон) на мгнове­нье появляются на его "поверхности" (поверхности чего?) и тут же ныряют обратно. Эти пары называются вирту­альными; они вездесущи. Ими объяс­няются даже некоторые особенности спектра водорода. При определенных условиях физикам удается их "поймать". В те урожайные на физические откры­тия десятилетия начала XX века, в 1928 г., П. Дирак выдвинул гипотезу о бесконечном "море" провалившихся куда-то электронов. Провалившиеся электроны имеет бесконечную, но от­рицательную энергию. Пары электрон-позитрон связаны именно с морем Дирака.