Космос для начинающих - Тёмная материя

Уверен, что вы не раз, слышали это выражение, и не раз пытались понять, что же это такое? Уверен, что многие из вас целенаправленно искали ответы в интернете, но в итоге ещё больше запутывались потому, что определения в интернете, порой являются просто выпиской из научной литературы. Сегодня мы все уйдем отсюда с чётким пониманием, что имеется ввиду под тёмной материей, зачем она нужна и стоит ли её бояться.

И так, когда-то, не так давно, мы открыли для себя нашу Галактику, и с интересом принялись её изучать. Тогда, мы ещё не знали, что во вселенной огромное количество галактик подобных нашей, и считалось, что вселенная устроена именно так: есть наша солнечная система, о других мы тогда тоже не знали, есть звёзды вокруг, и в общем то, вот и весь космос, это и есть наша Галактика.

Время шло, инструменты для изучения космоса совершенствовались. Начали появляться телескопы, позволяющие заглядывать в дальний космос. В 1922 году, астроном Эдвин Хаббл, смог доказать, что оказывается наша галактика Млечный путь, не единственная. Как я уже упомянул выше, до него, считалось, что вся вселенная, это и есть наша галактика Млечный путь. Были открыты ещё несколько галактик, которые с огромным энтузиазмом принялись изучать все, кто хоть как-то был причастен к астрономии. И хотя в новостях мелькала информация об обнаружении других галактик, это было очень редким событием. Также Эдвин Хаббл, открыл красное смещение. Если вкратце, то смещение в красную сторону спектра, наблюдается у тех объектов, которые удаляются от нас, и чем дальше они становятся, тем больше это смещение. То есть Эдвин Хаббл открыл то, что вселенная расширяется.

В 1990 году, через 37 лет после смерти Эдвина Хаббла, был создан и выведен на орбиту космический телескоп Хаббл, названный в честь Эдвина Хаббла. И после этого, открываемые галактики посыпались на нас, как из рога изобилия.

В 1998 году, было открыто, что вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускорением. И учёные задались вопросом, а какова собственно масса, наблюдаемой части вселенной? Начали считать. Учли всё, количество открытых галактик, примерное количество звёзд в галактиках, массы туманностей, межзвездного газа, плазмы и т.д. На всякий случай считали с большим запасом в плюс, чтобы учесть то, чего могли не знать. Посчитали, получили цифру.

Как известно, на сегодняшний момент, самой актуальной и общепринятой в научном сообществе теорией возникновения вселенной, является теория большого взрыва. Мы сейчас не будем говорить насколько она спорная или на какие вопросы она не в состоянии ответить. Лучше пока что никто не предложил, а если и предложил, то его пока не услышали. Так вот, по принятой теории, наша вселенная образовалась из одной сверхплотной точки в результате взрыва этой самой точки. А теперь представьте себе взрыв петарды, которую закопали в снег. Снег вокруг будет разлетаться в форме шара от эпицентра взрыва. Тоже самое происходит и с нашей вселенной. После взрыва, всё выброшенное вещество, стало разлетаться от эпицентра. Попутно оно слипалось, другими словами, это называется аккреция, взаимодействовало друг с другом и образовывая звёзды, планеты, галактики и т.д. продолжало разлетаться. Продолжает оно это делать и сейчас. Вселенная расширяется.

Так вот, получив цифру с массой всей открытой вблизи нас вселенной, астрономы высчитали, какой силы должна быть гравитационная связь между объектами, составляющими эту массу. То есть, они посчитали примерное гравитационное воздействие галактик друг на друга, и обнаружили странную вещь. Той гравитационной связи при имеющейся массе, недостаточно, чтобы замедлять скорость разлетания галактик. Другими словами, снег, от взрыва петарды, как бы застыл и разлетается очень медленно, как будто в замедленном видео. Наша, и окружающие нашу, галактики, должны были уже давно разлететься в разные стороны и потерять друг друга из виду, но этого не происходит.

Почему? Ведь замедлять их может только гравитация, которой неоткуда взяться. Получается гравитация есть, а массы её порождающей - нет! Представьте себе, что вы со всего разбегу пнули мяч, а он вместо того, чтобы с огромным ускорением полететь в сторону ворот, сдвинулся по траве на один миллиметр. Вы очень удивились, подняли мяч, всё в порядке. Такой же лёгкий, упругий, ничего не изменилось, но ведёт себя так, как будто весит целую тонну. Вы стали думать, что не так? Рассчитанная скорость разлёта не совпадала с реальной, а, чтобы совпала, нужно предположить наличие огромного избытка странного вещества: не излучающего, прозрачного, не взаимодействующего с газом и пылью ни одним из способов, кроме гравитационного. Предположили, и назвали его – тёмная материя.

Собственно, так они и поступили. После этого измерили массы ряда галактик и скоплений методом гравитационного линзирования - и снова обнаружили избыток темной материи, причем измерения по галактикам совпали с результатами по линзированию. Кстати сказать, изучение линзирования и поля скоростей позволило оценить не только массу, но и характер распределения темной материи в галактиках и скоплениях. Тёмной же, её назвали потому, что она не взаимодействует со светом, а шире – с электромагнитным излучением вообще. Также, как, например, нейтрино.

Помните, как в фильме ДМБ?
- Ты видишь суслика в поле?
- Нет.
- И я не вижу, а он есть.

Но это ещё не всё. Ещё раз представьте себе взрыв петарды в снегу. Что будет со снегом, который разлетается от петарды? Теряя энергию, он должен замедляться, логично? Логично, а что делает, как мы выяснили раньше расширяющаяся вселенная? Она ускоряется, как же так!

В принципе, здесь всё пошло по тому же сценарию. Решили, что существует некая энергия, которая расталкивает вселенную, заставляет её расширяться с ускорением, вместо того, чтобы дать расширению остановиться вовсе. Назвали её «Тёмная энергия».

Выражаю благодарность Алексей Степанов 5, за указанные ошибки в статье. Некоторые формулировки в тексте являются комментариями Алексея.