Темная материя — гипотетическая форма материи, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением и не испускает его, а проявляет себя только гравитационным воздействием. Прямых доказательств существования темной материи в настоящее время нет, но косвенных множество.
Все они основаны на специфическом поведении астрофизических объектов, в частности на аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик .
Впервые о проблеме скрытой массы и возможном существовании темной материи заговорили в 1922 году британский и голландский астрономы Джеймс Джинс и Якобус Каптейн.
Исследуя движение звезд в Галактике, они пришли к выводу, что подавляющая часть вещества в ней невидима. Впоследствии множество других наблюдений за нашей и другими галактиками подтвердили это предположение, причем параметры невидимой материи в целом согласовывались между собой, несмотря на разницу в методах и объектах наблюдения.
Сегодня, когда в игру включилась и еще более загадочная темная энергия , ускоряющая разбегание галактик, признано, что общая масса-энергия наблюдаемой Вселенной состоит на 4,9% из обычной барионной материи, на 26,8% — из темной материи и на 68,3% — из темной энергии.
Существует множество кандидатов на роль частиц, составляющих темную материю, из которых наиболее популярны вимпы (WIMP, weakly interacting massive particles) — слабо взаимодействующие массивные частицы (среди них гипотетическое тяжелое или «стерильное» нейтрино), однако все попытки обнаружить их пока результата не принесли.
Существует также ряд более экзотических объяснений так называемой скрытой массы. Такова, например, теория плазменной космологии, разработанная Нобелевским лауреатом по физике Ханнесом Альфвеном, согласно которой Вселенная заполнена проводящей плазмой , по которой курсируют гигантские токи, в галактических масштабах оказывающие на вещество большее влияние, чем гравитация .
Кто придумал тёмную материю?
Источник: http://astronews. ru/cgi-bin/mng. cgi?page=news&news=7027 Темную материю нельзя увидеть или обнаружить с помощью существующих приборов. Так откуда же мы знаем, что она действительно существует? Представьте, что Вселенная – круглая как торт, и нам необходимо ее разделить на вкусные кусочки.
Самая большая часть торта, а именно 68% придется на темную энергию – таинственную силу, наличием которой и объясняется расширение нашей Вселенной.27% нашего торта составит темная материя. Это та таинственная материя, которая окружает галактики и взаимодействует только посредством гравитации. И лишь 5% остается на привычную нам видимую материю.
Из нее сотворены пыль, газы, звезды, планеты и, наконец, люди. Темная материя получила такое название потому, что она, кажется, никак не взаимодействует с видимой: не сталкивается с ней и не поглощает ее энергию. Ни один из существующих инструментов не может нам помочь обнаружить ее.
Мы лишь знаем, что она есть, потому что можем увидеть последствия ее гравитации.
Быть может существование темной материи – это не больше, чем плод воображения ученых-фантастов? Откуда мы можем знать, что она действительно существует, если не имеем понятия, что она представляет собой? А темная материя действительно существует.
И на самом деле, это все, что нам о ней известно. Существование темной материи впервые теоретически обосновал Фриц Звики еще в 1930-е годы, однако современные расчеты сделала Вера Рубин лишь в 1960-е и 70-е года. Она подсчитала, что галактики вращаются быстрее, чем это возможно.
Они вращаются с такой скоростью, что уже давно должны были разлететься на куски. Тогда Рубин предположила, что в центре галактик имеется темная материя, гравитационная сила которой не дает им разрушиться. За последние несколько лет ученые значительно преуспели в обнаружении темной материи, в основном за счет влияния ее гравитации на путь, который проходит свет, пересекая Вселенную.
Под воздействием гравитации темной материи свет искажается. Астрономы даже смогли использовать темную материю в качестве гравитационной линзы для изучения более отдаленных объектов. Она служит им своего рода телескопом, и при этом ученые не имеют понятия, что она представляет собой.
Кто открыл темную энергию?
Темная энергия : как лауреаты Нобеля по физике открыли нечто не поддающееся объяснению Исследователи Сол Перлмуттер, Адам Райсс и Брайан Шмидт, получившие во вторник Нобелевскую премию по физике — это представители двух групп, которые работали в одном и том же направлении.
Как появилась темная материя?
Тёмная материя может просто являться изначальными (возникшими в момент Большого Взрыва) дефектами пространства и/или топологии квантовых полей, которые могут содержать в себе энергию, тем самым вызывая гравитационные силы.
Для чего нужна темная материя?
Зачем нам нужна темная материя? — Темная материя нам нужна не только для объяснения астрофизических явлений вроде галактического вращения, движения скоплений и их столкновений, но и для объяснения самого происхождения жизни. Чтобы объяснить почему, нужно вспомнить, что Вселенная началась с горячего и плотного состояния — Большого взрыва, когда все было в виде практически однородного моря отдельных, свободных, высокоэнергетических частиц.
По мере охлаждения и расширения Вселенной образовались протоны, нейтроны и легчайшие ядра (водород, гелий, дейтерий и немного лития), но ничего больше.
Только спустя десятки или сотни миллионов лет назад эта материя коллапсировала в достаточно плотные регионы, чтобы образовать звезды и галактики.
Все это произошло бы, хотя и немного иначе, с темной материей или без нее.
Но чтобы элементы, необходимые для жизни, расплодились в изобилии — углерод, кислород, азот, фосфор, сера — их нужно выплавлять в ядрах самых массивных звезд во Вселенной. Чтобы из них образовались твердые планеты, органические молекулы и жизнь, им сперва нужно выбросить эти тяжелые атомы в межзвездную среду, где они снова станут звездами, уже следующими поколениями.
Сколько весит темная материя?
Исходя из своего предположения, исследователи подсчитали, что частицы темной материи имеют массу от 10^-3 эВ до 10^7 эВ (электронвольт). Раньше предполагалось, что этот диапазон составляет от 10^-24 эВ до 10^19 ГэВ, то есть субстанция оказалась гораздо плотнее, чем думали ученые.
Что из себя представляет темная материя?
I . Введение — Имеются веские аргументы в пользу того, что значительная часть вещества во Вселенной ничего не излучает и поэтому невидима. О наличии такой невидимой материи можно узнать по ее гравитационному взаимодействию с излучающей материей. Исследование скоплений галактик и галактических ротационных кривых свидетельствует о существовании этой так называемой темной материи.
Итак, по определению темная материя — это материя, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением, то есть не испускает его и не поглощает.
Первое детектирование невидимой материи датируется прошлым столетием. В 1844 г.
Фридрих Бессель в письме к Карлу Гауссу писал, что необъясненная неравномерность в движении Сириуса может быть результатом его гравитационного взаимодействия с некоторым соседним телом, причем последнее в этом случае должно иметь достаточно большую массу.
Во времена Бесселя такой темный компаньон Сириуса был невидимым, его оптически обнаружили лишь в 1862 г. Им оказался белый карлик, получивший название Сириус-Б, в то время как сам Сириус был назван Сириус-А. Плотность вещества во Вселенной можно оценить из наблюдений движения отдельных галактик. Обычно приводится в единицах так называемой критической плотности с : . В этой формуле G — гравитационная постоянная, H — постоянная Хаббла, которая известна с небольшой точностью (0.4 < H < 1), к тому же, вероятно, зависит от времени: V = HR - формула Хаббла для скорости расширения Вселенной, H = 100 h км ∙ c -1 ∙ Мпс -1 . При > c Вселенная замкнута, т.е. гравитационное взаимодействие достаточно сильно для того, чтобы расширение Вселенной сменилось сжатием. Таким образом, критическая плотность дается выражением: c = 2 ∙ 10 -29 h 2 г ∙ см -3 . Космологическая плотность = / c , определенная на основе динамики галактических кластеров и суперкластеров, равна 0.1 < < 0.3. Из наблюдения характера удаления крупномасштабных областей Вселенной с помощью инфракрасного астрономического спутника IRAS получено, что 0.25 < < 2. С другой стороны, оценка барионной плотности
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ В самых больших масштабах крошечного количества энергии, присущей космосу, достаточно, чтобы преодолеть силу притяжения даже между самыми большими галактиками и их скоплениями во Вселенной.
Каков результат? Ускоренное расширение, поскольку самые удаленные галактики и их скопления с течением времени расходятся все дальше друг от друга и все быстрее. Даже гравитация не может взять верх. Если вести речь о фундаментальных законах природы, то все можно разбить на четыре силы , находящиеся в основе всего сущего во Вселенной: 1.
Сильное ядерное взаимодействие. Это сила, отвечающая за взаимное притяжение атомных ядер, протонов и нейтронов.2. Слабое ядерное взаимодействие. Отвечает за некоторые виды радиоактивного распада и за превращение тяжелых нестабильных элементарных частиц в более легкие.3.
Электромагнитная сила.
Эта сила, среди прочего, притягивает и отталкивает заряженные частицы, связывает атомы в молекулы и вызывает электрический ток.4.
Гравитация.
Эта сила удерживает вместе Землю, Солнечную систему, звезды и галактики.
В зависимости от нашего взгляда на них у каждой силы есть определенный масштаб и обстоятельства, при которых она превосходит остальные.
Возьмем самый маленький масштаб — 10 метров в минус 16-й степени, что в миллион раз меньше размера атома. В таком масштабе сильное ядерное взаимодействие может превзойти все прочие силы. Посмотрим, например, на ядро гелия: два протона и два нейтрона, связанные вместе в устойчивой конфигурации.
Даже электромагнитного отталкивания между двумя протонами недостаточно, чтобы преодолеть сильное ядерное взаимодействие, которое подобно клею скрепляет ядро. Даже если убрать один нейтрон, оставив два протона и один нейтрон, полученный изотоп гелия все равно будет стабилен. Сильное ядерное взаимодействие на самом малом расстоянии неизменно превосходит все прочие силы.
Поэтому при многих обстоятельствах его можно считать самым сильным. Но попытайтесь сделать атомное ядро слишком большим, и электромагнитная сила возьмет верх. Например, ядро гелия начнет очень часто выбрасывать уран-238, так как отталкивающая сила между различными частями ядра слишком велика, и сильное ядерное взаимодействие не может удержать все вместе.
А если мы возьмем масштаб побольше, например, космический, то здесь интенсивные магнитные поля, порождаемые коллапсирующими звездами и быстро вращающейся заряженной материей, могут ускорять частицы до самой большой энергии во Вселенной, в результате чего получаются космические лучи сверхвысокой энергии, бомбардирующие нас в небе со всех направлений.
В отличие от сильного ядерного взаимодействия, у электромагнитной силы нет пределов; электрическое поле протона можно ощутить на противоположной стороне Вселенной. Слабое ядерное взаимодействие может показаться наименее вероятным кандидатом на первенство по мощи, особенно если обратить внимание на его название; но даже у этого относительного слабака случаются моменты славы.
В чем разница между темной материей и темной энергией?
Субстанция, обладающая антигравитацией — Распределение энергии во Вселенной Темная энергия представляет собой еще более необычную субстанцию, чем та же темная материя. Она не обладает способностью собираться в сгустки, в результате чего равномерно распределена абсолютно по всей Вселенной. Но самым необычным ее свойством на данный момент является антигравитация.
Природа темной материи и черных дыр Благодаря современным астрономическим методам имеется возможность определить темп расширения Вселенной в настоящее время и смоделировать процесс его изменения ранее во времени.
В результате этого получена информация о том, что в данный момент, так же как и в недалеком прошлом, наша Вселенная расширяется, при этом темп этого процесса постоянно увеличивается.
Именно поэтому и появилась гипотеза об антигравитации темной энергии, так как обычное гравитационное притяжение оказывало бы замедляющее воздействие на процесс «разбегания галактик», сдерживая скорость расширения Вселенной. Данное явление не противоречит общей теории относительности, но при этом темной энергии необходимо обладать отрицательным давлением – свойством, которым не обладает ни одно из известных на данный момент веществ.
Почему Темная материя так называется?
Темная материя называется так потому, что она не излучает и не поглощает свет, то есть не участвует в электромагнитном взаимодействии, в отличие от видимого или барионного вещества. Зато она участвует в гравитационном взаимодействии — об этом говорит сама история открытия темной материи.
Как выглядит антиматерия?
Физики доказали, что антиматерия является зеркальной копией обычной материи — Николай Хижняк 20.12.2016 Ученые узнали на днях весьма интересную вещь об антиматерии. Согласно всей имеющейся на данный момент информации, антиматерия выглядит как точная зеркальная копия самой обычной материи. Но что это вообще значит? Читать далее
Чего больше в составе Вселенной?
Доля нестабильных частиц в составе тёмной материи во времена сразу после Большого взрыва не превышала 2 – 5%, выяснили ученые из МФТИ , Института ядерных исследований РАН и Новосибирского госуниверситета. Работа опубликована в журнале Physical Review D .
« Расхождение космологических параметров в современной Вселенной и во Вселенной вскоре после Большого взрыва, можно объяснить тем, что доля тёмной материи уменьшилась. Мы впервые смогли рассчитать, на сколько тёмной материи стало меньше и насколько велика была нестабильная компонента » , — говорит соавтор исследования академик Игорь Ткачёв , заведующий отделом экспериментальной физики ИЯИ РАН и преподаватель кафедры фундаментальных взаимодействий и космологии МФТИ .
Астрономы впервые заподозрили, что во Вселенной присутствует значительная доля «скрытой массы», ещё в 1930-х годах ХХ века, когда Фриц Цвикки обнаружил «странности» в скоплении галактик в созвездии Волосы Вероники — галактики двигались так, как будто бы на них действует гравитация от некоего невидимого источника.
Эту скрытую массу, которая не проявляет себя никак, кроме гравитационного воздействия, назвали тёмной материей.
Согласно данным космического телескопа «Планк», доля тёмной материи во Вселенной составляет 26,8%, остальное приходится на «обычную» материю (4,9%) и тёмную энергию (68,3%).
Природа тёмной материи до сих пор остаётся неизвестной, однако, похоже, именно её свойства помогут учёным решить проблему, возникшую перед ними после анализа результатов наблюдений космического телескопа «Планк».
Этот аппарат с высокой точностью измерял флуктуации температуры реликтового микроволнового фона — «эха» Большого взрыва. Измеряя эти флуктуации, учёные смогли вычислить ключевые космологические параметры Вселенной в эпоху рекомбинации — примерно через 300 тысяч лет после Большого взрыва.
« Однако выяснилось, что некоторые из этих параметров, а именно параметр Хаббла, описывающий скорость расширения Вселенной, а также параметр, связанный с количеством галактик в скоплениях, значительно расходятся с данными, которые мы получаем из наблюдений за современной Вселенной, например, непосредственно измеряя скорость разлёта галактик и исследуя скопления.
Это расхождение оказалось значительно больше погрешностей и известных нам систематических ошибок. Поэтому либо мы имеем дело с некоей неизвестной нам ошибкой, либо состав древней Вселенной существенно отличался от современного » , — говорит Ткачёв. Объяснить расхождение позволяет гипотеза распадающейся тёмной материи, согласно которой в ранней Вселенной тёмной материи было больше, а затем часть её распалась.
Какой материи больше всего во Вселенной?
Карта видимой части Вселенной. Вполне может оказаться, что за счет «утечек» темной материи Универсум худеет. Фото пресс-службы МФТИ В ночь на воскресенье, 25 декабря, в Принстоне, штат Нью-Джерси (США), на 88 году жизни тихо ушла из жизни знаменитый астроном Вера Рубин.
А знаменита она была тем, что именной ей удалось доказать существование так называемой темной материи во Вселенной. В частности, она выявила расхождения между предсказанным угловым вращением галактик и наблюдаемым движением. По ее мнению, это могло объясняться только одним — влиянием темной материи. Темная материая — это один из фундаментальных концептов современной космологии «По современным космологическим представлениям, физическая материя во Вселенной составляет всего около 4%, – пояснял руководитель Долгопрудненской научной станции Физического института РАН Юрий Стожков.
– 22% приходится на темную материю. Никаких признаков темной материи мы пока не имеем. А остальные 74% – это темная энергия» ( см. «НГ-науку» от 28.01.09 ). С тех пор с помощью космического телескопа «Планк» удалось несколько уточнить эти данные: доля темной материи во Вселенной составляет 26,8%, остальное приходится на «обычную» материю (4,9%) и темную энергию (68,3%).
Ищут же темную материю по соотношению потоков протонов и антипротонов.
Сколько в нашей Галактике рождается антипротонов – известно.
И если вдруг появятся дополнительные их источники (экзотические каналы – как называют их физики), это сразу почувствуют приборы.
Но природа (качественный и количественный состав) темной материи до сих пор остается неизвестной.
Однако, похоже, именно ее свойства помогут ученым решить проблему, возникшую перед ними после анализа результатов наблюдений космического телескопа «Планк». Этот аппарат с высокой точностью измерял флуктуации температуры реликтового микроволнового фона Вселенной – «эха» Большого взрыва.
Измеряя эти флуктуации, ученые смогли вычислить ключевые космологические параметры Вселенной в эпоху рекомбинации – примерно через 300 тыс.
лет после Большого взрыва.
Мгновение ока по космическим масштабам! И вот – новые результаты исследований в этой чрезвычайно интригующей области космологии.
Доля нестабильных частиц в составе темной материи во времена сразу после Большого взрыва не превышала 2–5%.
По крайней мере об этом говорят результаты исследований команды ученых из Московского физико-технического института, Института ядерных исследований РАН и Новосибирского государственного университета. Их работа опубликована в журнале Physical Review D.
Сколько энергии во Вселенной?
Анонимный вопрос 13 октября 2015 · 6,2 K Наверное, это прозвучит странно, но суммарная энергия во вселенной скорее всего равна нулю. Или близка к нулю. Конечно, масса нашей вселенной оценивается примерно в 3 x 10^55 кг (это 3 с пятьюдесятью пятью нулями).
И вы можете прикинуть, сколько энергии получится по известной всем формуле E=mc^2. Вы можете еще вспомнить об излучении звезд (солнечная радиация). У вас получится очень большое число. Но. Свет, вещество и антивещество — это то, что физики называют «положительной» энергией. Этой энергии очень много, и никто не скажет вам точно, сколько же ее всего.
Большиство физиков полагают, однако, что во вселенной существует точно такое же количество «отрицательной» энергии, которая сосредоточена в гравитационном взаимодействии, существующем между частицами с «положительной» энергией. Вся «положительная» энергия компенсируется «отрицательной», и в итоге получается, что суммарная энергия вселенной равна нулю.
Это так называемая теория нулевой энергии вселенной.453 Впервые слышу об отрицательной энергии. Есть какая-нибудь научно-популярная статься об этом? Комментировать ответ Комментировать Во-первых некий комментарий про ответ выше. Я впервые слышу про энергию «гравитационного поля». Это понятие тем более непонятно из-за того, что последнего вообще не существует.
Есть лишь искривление пространства-времени, которое мы называем гравитацией, никакого поля там и в помине нет. Слегка почитав про эту «теорию», я понял, что это не совсем распространенная в. Читать далее 1,4 K Комментировать ответ Комментировать Во-первых про отрицательную энергию.
В любом случае коэффициент положительный.
Хотя бы даже потому, что сам электрон, считающийся «отрицательно» заряженной частицей, имеет положительный заряд, хотя и существенно меньший, чем «положительно» заряженные протоны (разность потенциалов, если кому интересно погуглите).
Взять те же старые весы, где вес груза слева уравнивается.
Читать далее 414 Автор не понимает в физике и написал свои личные рассуждения. Полностью неверно, что отрицательный электрон имеет. Читать дальше Комментировать ответ Комментировать
Что делает темная энергия?
Темная энергия — гипотетическая форма энергии, равномерно заполняющая все пространство Вселенной и проявляющаяся в антигравитации, то есть гравитации , отталкивающей, а не притягивающей массивные тела. Была введена в математическую модель Вселенной, чтобы объяснить, по какой причине она расширяется с ускорением.
Это ускорение было обнаружено в конце 90-х годов прошлого столетия в результате наблюдений за сверхновыми звездами типа 1а.
Астрономы используют эти сверхновые в качестве «стандартных свечей» при определении расстояний до галактик , в которых эти сверхновые находятся.
Исходя из того, что четырехмерная Вселенная является плоской (недавно это было доказано наблюдениями спутника WMAP), было подсчитано, что барионная и темная материи должны занимать около 30% всей массы и энергии Вселенной, таким образом, на долю темной энергии приходятся оставшиеся 70%.
Природа темной энергии представляет собой предмет отчаянных споров. Наиболее популярной является гипотеза «космологической постоянной», утверждающая, что темная энергия — это «стоимость существования пространства». Иначе говоря, согласно этой гипотезе любой объем пространства имеет некую фундаментальную, только ему присущую энергию.
Увеличение пространства (что при расширении Вселенной и происходит) приводит к увеличению этой энергии, то есть к выполнению ею отрицательной работы (работы по расталкиванию).
Популярна также гипотеза «квинтэссенции» — некоего неизвестного на сегодня скалярного поля, которое приводит к существованию той же темной энергии, что и первая гипотеза.
Какая из этих гипотез ближе к истине, смогут показать только более точные измерения ускорения, с которым Вселенная расширяется. По существующим в настоящее время расчетам, первое время после Большого взрыва темная энергия из-за ограниченности пространства была мала, и тогда расширение Вселенной замедлялось из-за гравитационного притяжения барионной и темной материи.
Как темная материя влияет на расширение Вселенной?
Темная энергия — В начале прошлого века Альберт Эйнштейн, желая обеспечить космологической модели в общей теории относительности независимость от времени, ввел в уравнения теории так называемую космологическую постоянную, которую обозначил греческой буквой «лямбда» — Λ.
Эта Λ была чисто формальной константой, в которой сам Эйнштейн не видел никакого физического смысла.
После того как было открыто расширение Вселенной, надобность в ней отпала.
Эйнштейн очень жалел о своей поспешности и называл космологическую постоянную Λ своей самой большой научной ошибкой.
Однако спустя десятилетия выяснилось, что постоянная Хаббла, которая определяет темп расширения Вселенной, меняется со временем, причем ее зависимость от времени можно объяснить, подбирая величину той самой «ошибочной» эйнштейновской постоянной Λ, которая вносит вклад в скрытую плотность Вселенной.
Эту часть скрытой массы и стали называть «темная энергия». О темной энергии можно сказать еще меньше, чем о темной материи. Во-первых, она равномерно распределена по Вселенной, в отличие от обычного вещества и других форм темной материи. В галактиках и скоплениях галактик ее столько же, сколько вне их.
Во-вторых, она обладает несколькими весьма странными свойствами, понять которые можно, лишь анализируя уравнения теории относительности и интерпретируя их решения.
Например, темная энергия испытывает антигравитацию: за счет ее присутствия темп расширения Вселенной растет.
Темная энергия как бы расталкивает саму себя, ускоряя при этом и разбегание обычной материи, собранной в галактиках.
А еще темная энергия обладает отрицательным давлением, благодаря которому в веществе возникает сила, препятствующая его растяжению. Главный кандидат на роль темной энергии — вакуум. Плотность энергии вакуума не изменяется при расширении Вселенной, что и соответствует отрицательному давлению.
Еще один кандидат — гипотетическое сверхслабое поле, получившее название квинтэссенция.
Надежды на прояснение природы темной энергии связывают прежде всего с новыми астрономическими наблюдениями.
Продвижение в этом направлении, несомненно, принесет человечеству радикально новые знания, поскольку в любом случае темная энергия должна представлять собой совершенно необычную субстанцию, абсолютно непохожую на то, с чем имела дело физика до сих пор.
Итак, наш мир на 95% состоит из чего-то, о чем мы почти ничего не знаем. Можно по-разному относиться к такому не подлежащему никакому сомнению факту. Он может вызывать тревогу, которая всегда сопутствует встрече с чем-то неизвестным. Или огорчение, оттого что такой долгий и сложный путь построения физической теории, описывающей свойства нашего мира, привел к констатации: большая часть Вселенной скрыта от нас и неизвестна нам.
В чем разница между темной материей и темной энергией?
Субстанция, обладающая антигравитацией — Распределение энергии во Вселенной Темная энергия представляет собой еще более необычную субстанцию, чем та же темная материя. Она не обладает способностью собираться в сгустки, в результате чего равномерно распределена абсолютно по всей Вселенной. Но самым необычным ее свойством на данный момент является антигравитация.
Природа темной материи и черных дыр Благодаря современным астрономическим методам имеется возможность определить темп расширения Вселенной в настоящее время и смоделировать процесс его изменения ранее во времени.
В результате этого получена информация о том, что в данный момент, так же как и в недалеком прошлом, наша Вселенная расширяется, при этом темп этого процесса постоянно увеличивается.
Именно поэтому и появилась гипотеза об антигравитации темной энергии, так как обычное гравитационное притяжение оказывало бы замедляющее воздействие на процесс «разбегания галактик», сдерживая скорость расширения Вселенной. Данное явление не противоречит общей теории относительности, но при этом темной энергии необходимо обладать отрицательным давлением – свойством, которым не обладает ни одно из известных на данный момент веществ.
Какой материи больше всего во Вселенной?
Карта видимой части Вселенной. Вполне может оказаться, что за счет «утечек» темной материи Универсум худеет. Фото пресс-службы МФТИ В ночь на воскресенье, 25 декабря, в Принстоне, штат Нью-Джерси (США), на 88 году жизни тихо ушла из жизни знаменитый астроном Вера Рубин.
А знаменита она была тем, что именной ей удалось доказать существование так называемой темной материи во Вселенной. В частности, она выявила расхождения между предсказанным угловым вращением галактик и наблюдаемым движением. По ее мнению, это могло объясняться только одним — влиянием темной материи. Темная материая — это один из фундаментальных концептов современной космологии «По современным космологическим представлениям, физическая материя во Вселенной составляет всего около 4%, – пояснял руководитель Долгопрудненской научной станции Физического института РАН Юрий Стожков.
– 22% приходится на темную материю. Никаких признаков темной материи мы пока не имеем. А остальные 74% – это темная энергия» ( см. «НГ-науку» от 28.01.09 ). С тех пор с помощью космического телескопа «Планк» удалось несколько уточнить эти данные: доля темной материи во Вселенной составляет 26,8%, остальное приходится на «обычную» материю (4,9%) и темную энергию (68,3%).
Ищут же темную материю по соотношению потоков протонов и антипротонов.
Сколько в нашей Галактике рождается антипротонов – известно.
И если вдруг появятся дополнительные их источники (экзотические каналы – как называют их физики), это сразу почувствуют приборы.
Но природа (качественный и количественный состав) темной материи до сих пор остается неизвестной.
Однако, похоже, именно ее свойства помогут ученым решить проблему, возникшую перед ними после анализа результатов наблюдений космического телескопа «Планк». Этот аппарат с высокой точностью измерял флуктуации температуры реликтового микроволнового фона Вселенной – «эха» Большого взрыва.
Измеряя эти флуктуации, ученые смогли вычислить ключевые космологические параметры Вселенной в эпоху рекомбинации – примерно через 300 тыс. лет после Большого взрыва. Мгновение ока по космическим масштабам! И вот – новые результаты исследований в этой чрезвычайно интригующей области космологии. Доля нестабильных частиц в составе темной материи во времена сразу после Большого взрыва не превышала 2–5%.
По крайней мере об этом говорят результаты исследований команды ученых из Московского физико-технического института, Института ядерных исследований РАН и Новосибирского государственного университета. Их работа опубликована в журнале Physical Review D.
Что делает темная энергия?
Темная энергия — гипотетическая форма энергии, равномерно заполняющая все пространство Вселенной и проявляющаяся в антигравитации, то есть гравитации , отталкивающей, а не притягивающей массивные тела. Была введена в математическую модель Вселенной, чтобы объяснить, по какой причине она расширяется с ускорением.
Это ускорение было обнаружено в конце 90-х годов прошлого столетия в результате наблюдений за сверхновыми звездами типа 1а. Астрономы используют эти сверхновые в качестве «стандартных свечей» при определении расстояний до галактик , в которых эти сверхновые находятся. Исходя из того, что четырехмерная Вселенная является плоской (недавно это было доказано наблюдениями спутника WMAP), было подсчитано, что барионная и темная материи должны занимать около 30% всей массы и энергии Вселенной, таким образом, на долю темной энергии приходятся оставшиеся 70%.
Природа темной энергии представляет собой предмет отчаянных споров. Наиболее популярной является гипотеза «космологической постоянной», утверждающая, что темная энергия — это «стоимость существования пространства». Иначе говоря, согласно этой гипотезе любой объем пространства имеет некую фундаментальную, только ему присущую энергию.
Увеличение пространства (что при расширении Вселенной и происходит) приводит к увеличению этой энергии, то есть к выполнению ею отрицательной работы (работы по расталкиванию). Популярна также гипотеза «квинтэссенции» — некоего неизвестного на сегодня скалярного поля, которое приводит к существованию той же темной энергии, что и первая гипотеза.
Какая из этих гипотез ближе к истине, смогут показать только более точные измерения ускорения, с которым Вселенная расширяется. По существующим в настоящее время расчетам, первое время после Большого взрыва темная энергия из-за ограниченности пространства была мала, и тогда расширение Вселенной замедлялось из-за гравитационного притяжения барионной и темной материи.
Чего больше в составе Вселенной?
Доля нестабильных частиц в составе тёмной материи во времена сразу после Большого взрыва не превышала 2 – 5%, выяснили ученые из МФТИ , Института ядерных исследований РАН и Новосибирского госуниверситета. Работа опубликована в журнале Physical Review D .
« Расхождение космологических параметров в современной Вселенной и во Вселенной вскоре после Большого взрыва, можно объяснить тем, что доля тёмной материи уменьшилась.
Мы впервые смогли рассчитать, на сколько тёмной материи стало меньше и насколько велика была нестабильная компонента » , — говорит соавтор исследования академик Игорь Ткачёв , заведующий отделом экспериментальной физики ИЯИ РАН и преподаватель кафедры фундаментальных взаимодействий и космологии МФТИ .
Астрономы впервые заподозрили, что во Вселенной присутствует значительная доля «скрытой массы», ещё в 1930-х годах ХХ века, когда Фриц Цвикки обнаружил «странности» в скоплении галактик в созвездии Волосы Вероники — галактики двигались так, как будто бы на них действует гравитация от некоего невидимого источника.
Эту скрытую массу, которая не проявляет себя никак, кроме гравитационного воздействия, назвали тёмной материей.
Согласно данным космического телескопа «Планк», доля тёмной материи во Вселенной составляет 26,8%, остальное приходится на «обычную» материю (4,9%) и тёмную энергию (68,3%).
Природа тёмной материи до сих пор остаётся неизвестной, однако, похоже, именно её свойства помогут учёным решить проблему, возникшую перед ними после анализа результатов наблюдений космического телескопа «Планк».
Этот аппарат с высокой точностью измерял флуктуации температуры реликтового микроволнового фона — «эха» Большого взрыва. Измеряя эти флуктуации, учёные смогли вычислить ключевые космологические параметры Вселенной в эпоху рекомбинации — примерно через 300 тысяч лет после Большого взрыва.
« Однако выяснилось, что некоторые из этих параметров, а именно параметр Хаббла, описывающий скорость расширения Вселенной, а также параметр, связанный с количеством галактик в скоплениях, значительно расходятся с данными, которые мы получаем из наблюдений за современной Вселенной, например, непосредственно измеряя скорость разлёта галактик и исследуя скопления.
Это расхождение оказалось значительно больше погрешностей и известных нам систематических ошибок. Поэтому либо мы имеем дело с некоей неизвестной нам ошибкой, либо состав древней Вселенной существенно отличался от современного » , — говорит Ткачёв. Объяснить расхождение позволяет гипотеза распадающейся тёмной материи, согласно которой в ранней Вселенной тёмной материи было больше, а затем часть её распалась.
