Астрофизики научного центра Университета Цюриха провели на суперкомпьютерах NASA анализ механизмов взаимодействия обычного вещества с темной материей и построили модель галактики Млечный Путь с учетом новых данных. Внутри нее они нанесли массивный диск из темной материи, который до недавних пор не удавалось зафиксировать ни в телескопы, ни с помощью радиолокации. Темное вещество распределено по всему телу Галактики и по массе почти в пять раз превышает количество обычных планет, звезд, космической пыли и межзвездных газов, представленных в Млечном Пути. При этом темное вещество концентрируется в массивные пучки, которые можно сравнить с планетами и астероидами, но невидимыми и нечувствительными для людей. Новое исследование позволит лучше разобраться в природе темной материи и даже поможет зафиксировать лабораторными методами так называемый Wimp — элементарную частицу темного вещества.
Научный мир столкнулся с феноменом недостаточности массы во Вселенной в середине 30-х годов прошлого века. Тогда по измерению скорости галактик в шаровом скоплении Волосы Вероники ученые пришли к выводу, что общая масса, видимая в телескоп, в несколько раз ниже той, что выходила из математического анализа их движения. Получалось, что галактики не могли двигаться так быстро, как это регистрировалось телескопами. Несколькими десятилетиями позже этот же феномен был подтвержден при обнаружении так называемого гравитационного линзирования. Далекие звездные скопления искажали лучи света, идущие от других объектов, образовывая некую гравитационную линзу. Причем сила ее была такова, что складывалось впечатление, будто вещество, ее создавшее, превышает по массе видимое в телескоп. В итоге ученые пришли к выводу, что во Вселенной существует просто невидимая масса, которая никак не взаимодействует в электромагнитном диапазоне, но зато способна проявлять себя в гравитационных взаимодействиях с другим веществом, а его элементарной частицей был принят таинственный Wimp.
«Так как темная материя существует везде во Вселенной, то она есть и у нас в Галактике, и, основываясь на этом утверждении, мы решили посчитать ее количество и, главное, определить форму скопления внутри Млечного Пути, — рассказывает руководитель группы исследователей из Университета Цюриха Джастин Рид. — Солнце и другие звезды вращаются вокруг центра Галактики со значительными искажениями от математических расчетов. Причиной тому темная материя. Мы попытались на основе этих искажений определить, какова масса этих скоплений темной материи и, главное, какова их форма».
Выяснилось, что темная материя сконцентрирована в двух формах. Первая — это так называемые гало, которые, словно газ, окружают видимые нам объекты и влияют на их движение по орбитам. Но есть и второе, гораздо большее скопление, окружающее Галактику целиком и почти совпадающее с ней по форме. Диск темной материи включен внутрь Млечного пути и вращается с такой же скоростью, как и видимые звездные системы. «Этот факт объясняет, почему мы не можем поймать элементарную частицу темной материи Wimp, — продолжает Джастин Рид. — Ранее считалось, что этот диск вращается с другой скоростью, вследствие чего на Земле должен ощущаться ветер из этих частиц. Но новые данные показывают, что попытки зафиксировать Wimp в космических лучах изначально были малоперспективными, потому как поток темной материи вращается вместе с Землей и с той же скоростью. Это то же самое, когда автомобили едут по шоссе в одном потоке и не сталкиваются. А следовательно, частицы на Земле малозаметны». Поэтому, чтобы зафиксировать их, необходимо использовать ускорители элементарных частиц.
«Попытки обнаружить частицы темной материи уже проводились в научном мире. Есть кое-какие результаты, но пока они столь сомнительны, что относиться к ним серьезно не имеет смысла, — рассказывает РБК daily научный сотрудник отдела теоретической астрофизики Астрокосмического центра ФИАН доктор физико-математических наук Ростислав Полищук. — Видимо, все надежды на Большой адронный коллайдер, запущенный сейчас в Европейском центре ядерных исследований».
«Поиски темной материи очень важны, потому как без нее невозможно сейчас описать эволюцию Вселенной», — рассказывает РБК daily заведующий лабораторией внегалактической астрономии Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ (ГАИШ) доктор физико-математических наук Анатолий Засов. По современным оценкам, количество обычного вещества в космосе составляет всего 4—5% от всей массы Вселенной. Темная материя занимает примерно 20%. Остальные же 75% приходятся на долю так называемой темной энергии, необъяснимой субстанции, основное проявление которой заключается в расталкивании галактик.
«Массивные космические объекты нестационарны и разлетаются в разные стороны, — рассказывает РБК daily старший научный сотрудник отдела изучения галактик ГАИШ Владимир Сурдин. — Это проявление свойства пространства оказывать антигравитационное влияние на вещество». Природа темной энергии пока неясна, хотя и обещает человечеству возможность черпать энергию практически из ничего. Но без открытия свойств частиц темной материи ее изучение почти невозможно.