Тайните на тъмната материя

Тъмната материя е невидимо, мистериозно вещество, което съставлява повече от 80% от материята във Вселената - но учените не са сигурни какво е то. Известно е, че тъмната материя не излъчва и не отразява светлина, което прави невъзможно директното ѝ виждане.

Но без нея галактиките биха се разпръснали.

Тъмната материя съществува заради начина, по който нейната гравитация влияе върху видимата материя. Галактиките се въртят по-бързо, отколкото би трябвало, въз основа на масата, която можем да видим, а мащабните структури във Вселената се формират в модели, които имат смисъл само, ако има много повече материя, отколкото се вижда на пръв поглед.

Тъмната материя може да е ключът към разбирането как се формират галактиките, как се е развила Вселената и дори от какво е съставена на най-дълбоко ниво.

Тъмната материя не взаимодейства със светлината, така че не можем да я видим директно. Вместо това, учените откриват нейното присъствие чрез гравитационното ѝ влияние върху видимите обекти.

"Хъбъл" засне галактикически клъстер, изкривяващ пространство-времето (СНИМКА)

♦ Ключови доказателства за тъмната материя:

1. Криви на въртене на галактиките

Когато астрономите измерват колко бързо звездите обикалят около центровете на галактиките, те откриват нещо странно. Звездите в краищата на галактиките се движат много по-бързо, отколкото би трябвало, ако имаше само видима материя. Това предполага, че нещо невидимо – тъмната материя – добавя към масата на галактиката и пречи на тези звезди да отлетят в космоса.

2. Гравитационно лещиране

Според теорията на общата относителност на Айнщайн, масивните обекти могат да изкривяват пътя на светлината. Когато светлината от далечни галактики пътува към нас, тя понякога преминава близо до невидими струпвания от тъмна материя, които изкривяват пътя на светлината във феномен, наречен гравитационно лещиране. Чрез изучаване на това как светлината се изкривява от галактическите клъстери, астрономите са успели да създадат карта на тъмната материя във Вселената.

3. Космическият микровълнов фон (CMB)

Реликтовото лъчение (CMB) е остатъчната радиация от Големия взрив и съдържа малки температурни колебания, които разкриват как е била разпределена материята в ранната Вселена. Моделът на тези колебания има смисъл само, ако тъмната материя вече е присъствала, влияейки върху начина, по който обикновената материя се е струпвала.

4. Мащабна структура на Вселената

Компютърни симулации на еволюцията на Вселената показват, че галактиките и галактическите купове се формират по начина, по който се образуват само, ако има огромно количество тъмна материя. Без нея структурите биха били много по-малки и по-разпръснати.

Учени: Вероятно съществуват много повече черни дупки, за които не знаем

ОТ КАКВО Е НАПРАВЕНА ТЪМНАТА МАТЕРИЯ

Въпреки десетилетията на изследвания, учените все още не знаят точно от какво е съставена тъмната материя. Те знаят, че не е съставена от обикновени атоми - същият вид материя, от която са съставени звездите, планетите и хората. Този вид материя се нарича „барионна“, а тъмната материя изглежда е „небарионна“.

♦ Някои от "водещите кандидати" за това какво може да представлява тъмната материя:

WIMP (слабо взаимодействащи масивни частици)

Тези хипотетични частици са сред основните претенденти. Те биха имали маса и биха взаимодействали чрез гравитация и евентуално слабото ядрено взаимодействие, но не и със светлина или електромагнетизъм, което би ги направило невидими. Големи подземни детектори се опитват да уловят една от тези неуловими частици в действие, но засега без успех.

Аксиони

Аксионите са ултралеки частици, които биха могли да съществуват в големи количества и да действат като студена, невидима течност в пространството. Те са друг силен кандидат за тъмна материя, особено след като биха могли да помогнат за решаването на други физични загадки, като например проблема със Силния CP във физиката на елементарните частици.

Стерилни неутрино

Неутрино са призрачни частици, които едва взаимодействат с материята. Стерилните неутрино биха били дори по-неуловими от обикновените неутрино и ако съществуват, те биха могли да обяснят част или цялата тъмна материя.

Първични черни дупки

Някои учени смятат, че тъмната материя може да е съставена от малки черни дупки, образувани в ранната Вселена. Те биха били малки и трудни за откриване, но остават малко вероятна възможност.

Може ли просто гравитацията да е грешна

Някои изследователи предполагат, че тъмната материя изобщо не съществува - вместо това може би разбирането ни за гравитацията се разпада в големи мащаби. Една от най-известните алтернативни теории се нарича Модифицирана Нютонова динамика или MOND. Тя коригира поведението на гравитацията при много ниски ускорения, като тези в покрайнините на галактиките.

Въпреки това, MOND и подобни теории се затрудняват да обяснят всички доказателства, особено подробните модели в космическия микровълнов фон и гравитационното лещиране. Ето защо повечето учени все още смятат, че тъмната материя е реално вещество – такова, което просто все още не сме успели да открием директно.

Странните космически експлозии, които учените не могат да обяснят (СНИМКИ)

♦  Звездни "абажури"

Ново проучване предполага, че струпванията от тъмна материя биха могли да действат като звездни "абажури". Те се движат между Земята и далечни звезди, затъмнявайки ги. Ако тази идея е вярна, подобни „абажури от тъмна материя“ биха могли да помогнат за разрешаването на мистерията от какво е направена тъмната материя. Това е огромен проблем в науката, защото въпреки че съставлява около 85% от материята в Космоса, никой не знае какво всъщност представлява тъмната материя.

Изследванията на екипа се фокусират главно върху един конкретен кандидат за тъмна материя: масивни астрофизични компактни хало обекти - MACHOS. Това са небесни тела, които излъчват малко или никаква радиация и се движат сами през междузвездното пространство, което означава, че са просто твърде слаби, за да бъдат видени. Някои от обектите, които попълват тази категория са: хладни червени джуджета, кафяви джуджета от типа „неуспешна звезда", звездни останки като бели джуджета и неутронни звезди.

Някои учени считат изолирани черни дупки със звездна маса за потенциални MACHO.

Разликата между MACHO и други възможни кандидати за тъмна материя е, че се смята, че MACHO са съставени от същия тип материя, която изгражда звездите, планетите и нашите тела - барионна материя. Така че докато други кандидати за тъмна материя остават ефективно невидими, защото са съставени от небарионна материя, която не взаимодейства със светлината, MACHO взаимодействат със светлината, макар и слабо.

„Макар че обикновено казваме, че тъмната материя изобщо не взаимодейства със светлината, което я прави напълно прозрачна и невидима, истината е, че ѝ е позволено да взаимодейства със светлината съвсем мъничко“, каза пред Space.com членът на екипа Мелиса Даймънд от университета Куинс в Онтарио, Канада.

„Тъмната материя може да образува големи струпвания или облаци, често наричани MACHO. Възможно е да има достатъчно тъмна материя в тези MACHO, така че слабите им взаимодействия със светлината колективно да блокират преминаването ѝ през облака, подобно на начина, по който абажур блокира преминаването на част от светлината", каза още тя.

Даймънд добави, че ако един от тези MACHO, подобни на абажур, премине между Земята и далечна звезда, може да видим как той блокира част от звездната светлина, правейки звездата временно да изглежда малко по-слаба.

Техниката работи и за всяка форма на тъмна материя, която има слаби взаимодействия със светлината и която може слабо да взаимодейства със себе си, за да се обедини и образува компактни струпвания. Според една от хипотезите за природата на тъмната материя е, че част от нея може да е самовзаимодействаща, което означава, че отделните частици взаимодействат леко помежду си. Ако това е вярно, би имало множество фини наблюдателни улики за съществуването на този подклас тъмна материя. 

„Някои видове милизаредена тъмна материя или модели на самовзаимодействаща тъмна материя са някои примери, които може да отговарят на това описание“, каза Даймънд. „Възможно е да не сме виждали този ефект на абажура, защото все още не сме го търсили. Възможно е също така да не сме го виждали, защото видовете MACHO, които биха могли да причинят ефекта на абажура, не съставляват цялата тъмна материя", казва още изследователят.