Физик утверждает, что темной материи не существует, а Вселенной 27 миллиардов лет

Физик утверждает, что темной материи не существует, а Вселенной 27 миллиардов лет. Что, если темной материи не существует, а Вселенной не менее 27 миллиардов лет? Фото.

Что, если темной материи не существует, а Вселенной не менее 27 миллиардов лет?

Ведущая космологическая модель гласит, что наша Вселенная родилась около 13,7 миллиардов лет назад после Большого взрыва, а сам космос состоит из трех типов материи: «обычной материи», «темной энергии» и «темной материи». Правда, на сегодняшний день нет никаких прямых доказательств существования как таинственной темной энергии, так и темной материи – ученые предполагают, что эти две гипотетические материи ответственны за расширение Вселенной и удерживание галактик посредством гравитации. Еще одной проблемой является несоответствие ведущих физических теорий – общей теории относительности (ОТО), объясняющей устройство Вселенной на макроуровне и квантовой механики, объяснеющей ее устройство на уровне элементарных частиц. Но что, если темной материи, поисками которой занимаются исследователи со всего мира, не существует? И может ли быть так, что возраст нашей Вселенной намного больше 13,7 млрд лет? Поразительно, но автор нового исследования отвечает «да» на эти вопросы.

Возраст Вселенной

Летом 2023 года в научном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society вышло исследование, результаты которого показали, что возраст Вселенной составляет почти 27 миллиардов лет, что в два раза превышает текущие оценки. Напомним, что последний раз данные о возрасте мироздания были получены в 2021 году с помощью модели Лямбда-МЧР, которая предполагает, что ОТО является правильной теорией гравитации на космологических масштабах (модель ожидаемо показала, что Вселенной 13,7 млрд лет).

Астрофизики пытаются вычислить возраст Вселенной в течение многих лет, измеряя время, прошедшее с момента Большого взрыва и изучая свет, исходящий от самых далеких и древних звезд и галактик. И именно здесь начинаются проблемы. Все дело в открытии древних звезд (таких как Мафусаил) и ранних галактик (стадии эволюции которых весьма продвинутая) которые, предположительно старше предполагаемого возраста Вселенной. Эти данные исследователи получили с помощью космической обсерватории Джеймса Уэбба.

Возраст Вселенной. Звезда Мафусаил может быть старше Вселенной. Фото.

Звезда Мафусаил может быть старше Вселенной

Больше по теме: Когда во Вселенной появились первые звезды?

Обнаруженные Уэббом ранние галактики, предположительно появились спустя 300 миллионов лет после Большого взрыва и обладают, как говорится в исследовании, «уровнем зрелости и массы, обычно ассоциируемыми с миллиардами лет космической эволюции. Кроме того, они удивительно малы по размеру, что еще загадочнее».

Красное смещение

Красным смещением галактики называют расстояние, на который сместился или растянулся ее свет в красно диапазоне спектра – чем дальше космический объект находится от нас, тем более красным будет исходящий от него свет.

Теория «усталого света» Фрица Цвикки гласит, что красное смещение света от далеких галактик происходит из-за постепенной потери энергии фотонами на огромных космических расстояниях. Однако было замечено, что это противоречит наблюдениям.

Красное смещение. Красное смещение галактик позволяет определить скорость расширения Вселенной. Фото.

Красное смещение галактик позволяет определить скорость расширения Вселенной

Еще больше интересных статей о возрасте Вселенной, эволюции звезд и галактик читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Тем не менее профессор Гупта из Оттавского университета обнаружил, что теория Цвикки способна сосуществовать с расширяющейся Вселенной, а значит красное смещение галактик можно переосмыслить как… гибридное явление. По этой причине ученый добавил к теории Цвикки идею эволюции констант связи, выдвинутую Полем Дираком.

Константы связи – фундаментальные физические константы, которые управляют взаимодействиями между частицами. Дирак полагал, что эти константы могли изменяться с течением времени.

Красное смещение. Английский физик Поль Дирак (1892 – 1984) вывел уравнение, позволяющее описать электрон (уравнение Дирака), а также открыл (точнее, переоткрыл) антиматерию. Фото.

Английский физик Поль Дирак (1892 – 1984) вывел уравнение, позволяющее описать электрон (уравнение Дирака), а также открыл (точнее, переоткрыл) антиматерию.

Таким образом, если позволить константам связи эволюционировать, то временные рамки формирования ранних галактик, наблюдаемые Уэббом при больших красных смещениях, могут быть увеличены с нескольких сотен миллионов лет до нескольких миллиардов лет. Это, как обнаружил Гупта,
обеспечивает более правдоподобное объяснение продвинутого уровня развития и массы, наблюдаемых в древних галактиках.

Читайте также: Как и почему галактики исчезают из виду?

Работа профессора также предполагает, что пересмотреть необходимо и традиционную интерпретацию космологической постоянной то есть темной материи, ответственной за ускоряющееся расширение Вселенной. Заменить темную материю, по мнению ученого, можно эволюцией констант связи.

Эта модификация космологической модели помогает решить загадку малых размеров галактик, наблюдаемых в ранней Вселенной и позволяет проводить более точные наблюдения, – пишет Гупта.

Прощай, темная материя

Теперь же, в новом исследовании Гупта предлагает пересмотреть концепцию темной материи, составляющей около 80% всей матери и Вселенной и не взаимодействующей с электромагнитным излучением (т.е. не поддающейся непосредственному наблюдению). Напомним, что недавно мы рассказывали о еще одной научной работе, также предлагающей отказаться от этой гипотетической субстанции.

Так как поиски темной материи до сих пор не увенчались успехом, о ее существовании астрономы могут судить лишь по ее косвенному гравитационному воздействию на звезды и галактики (или, если хотите, на все космическое пространство), чтобы точно оценить их «поведение».

Прощай, темная материя. Темная материя, возможно, больше не нужна. Фото.

Темная материя, возможно, больше не нужна

Учитывая отсутствие прямых доказательств, многие ученые совершенно справедливо задаются вопросом о ее непосредственном существовании, намекая на возможность того, что в собранной нами картине Вселенной может отсутствовать несколько важных фрагментов головоломки.

Вам будет интересно: Существует ли на самом деле темная материя?

Таким образом, в своем новом исследовании профессор Оттавского университета утверждает, что во Вселенной попросту может не хватить места для темной материи. Это, по словам профессора физики факультета естественных наук, «могло бы предложить новое объяснение неуловимых гравитационных явлений во Вселенной, которые ОТО, по-видимому, не может разрешить«.

Гупта основывает свои выводы на комбинации того, что физики называют константами ковариационной связи (CCC) и теорией «усталого света» Цвикки (TL) (combination of the covarying coupling constants and ‘tired light’), которые, объединившись, становятся моделью CCC + TL.

Прощай, темная материя. Физики пересматривают концепцию темной материи. Фото.

Физики пересматривают концепцию темной материи

Отметим, что константы ковариационной связи – это концепция в теоретической физике, которая позволяет определенным фундаментальным константам, которые обычно считаются фиксированными, изменяться коррелированным образом. Данная концепция появилась в результате предложений, ставящих под сомнение, постоянность таких констант, как скорость света.

Теория «усталого света», напротив, описывает потенциальное альтернативное объяснение признанных в настоящее время идей, связанных с отношениями расстояния красного смещения, как говорилось выше.

Это интересно: Почему наше понимание Вселенной необходимо пересмотреть

Пересмотр космологической модели Вселенной

Объединяя теории констант ковариационной связи (CCC) и “усталого света” (TL), Гупта пришел к выводу, что его последнее исследование только усиливает растущие проблемы с существующими моделями того, как устроена Вселенная.

Результаты исследования подтверждают, что наша предыдущая работа о возрасте Вселенной, составляющем 26,7 миллиарда лет, позволила нам обнаружить, что Вселенная не нуждается в существовании темной материи, – говорится в заявлении Гупты.

Пересмотр космологической модели Вселенной. Диаграмма, детализирующая красное смещение света от далеких галактик. Фото.

Диаграмма, детализирующая красное смещение света от далеких галактик

В стандартной космологии считается, что ускоренное расширение Вселенной вызвано темной энергией, но на самом деле это происходит из-за ослабления сил природы по мере ее расширения, а не из-за темной энергии, полагает ученый.

Больше по теме: Как материя распределяется по Вселенной и почему это важно?

В работе также рассмотрены последние данные о распределении галактик при меньших красных смещениях, в сравнении с ранее полученными данными. Необходимо отметить, что наблюдения профессора – первые в своем роде и ставят под сомнение не только существование темной материи, но и возраст Вселенной. В конечном итоге, выводы Гупты потенциально могут привести к созданию совершенно новых космологических моделей.

Физики работают над новой теорией гравитации – какую роль в ней играет темная материя?

Физики работают над новой теорией гравитации – какую роль в ней играет темная материя? Может ли новая теория гравитации ответить на величайшие загадки космологии? Фото.

Может ли новая теория гравитации ответить на величайшие загадки космологии?

История человечества – настоящая сага с множеством действующих лиц. Веками мы ищем ответы на вопросы о том, кто мы, откуда пришли и куда движемся. По мере развития науки и технологий вопросов стало больше но и узнали мы немало. Оказалось, что наша планета – крошечная голубая точка, вращающаяся вокруг самой обычной звезды, коих не счесть на просторах Вселенной. И чем больше мы узнаем о небесных объектах и устройстве космоса, тем меньше понимаем происходящее. Так, две ведущие физические теории – общая теория относительности (ОТО) и квантовая механика – идеально работают по-отдельности, но вместе – нет. Более того, мы изучаем далекие галактики в попытках понять устройство мироздания и вводим разные переменные, например, темную материю, призванную объяснить величайшие загадки. Вот только доказательств ее существования по-прежнему нет, как нет и новой физической теории. Но почему и стоит ли ожидать революции в космологии? Давайте разбираться!

Что не так с космологией?

О том, что космология находится в кризисе, кажется, знают все. Причина кроется в несоответствии постоянной Хаббла. Это означает, что либо ученые делают что-то не так, либо на просторах Вселенной происходит нечто неведомое.

Постоянная Хаббла – число, которое астрономы используют для измерения расширения Вселенной. Впервые о нем сообщил американский астроном Эдвин Хаббл, который обнаружил другие галактики за пределами Млечного Пути и пришел к выводу, что они постоянно удаляются от нас. Однако скорость, с которой это происходит (и почему) – загадка. Да что уж там, каждый раз изучая вращение далеких галактик ученые приходят в недоумении.

Что не так с космологией? Наша Вселенная расширяется с ускорением, что на самом деле довольно странно. Фото.

Наша Вселенная расширяется с ускорением, что на самом деле довольно странно

Дело вот в чем – звезды внутри галактик удерживаются вместе гравитацией – силой тяжести которая предотвращает их выброс в межгалактическое пространство при вращении. Загадка же кроется в том, что самые удаленные части галактик движутся слишком быстро при этом не теряя звезд. Тот факт, что светила не выбрасываются в межзвездное пространство поражает астроном и является одной из величайших космологических загадок. Какая-то сила, должно быть, удерживает галактики вместе, но что это за сила и откуда она берется неизвестно.

Вам будет интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

На данный момент лучшее объяснение происходящему звучит так – темная материя, оказывающая гравитационное воздействие на все небесные тела. Поиск этой таинственной материи является одним из ведущих направлений исследований, но несмотря на годы изучения и достижения, обнаружить доказательства существования темной материи до сих пор не удалось.

Новые идеи

К счастью, исследователи смотрят в разных направлениях – пока одни занимаются темной материей, другие ищут альтернативные причины наблюдаемых космологических «проблем». Так, еще в 1980-х годах физик по имени Мордехай Милгром предположил, что в галактическом масштабе законы движения Ньютона могут незначительно отличаться от тех, которые наблюдаются на Земле.

По Милгрому, эта модифицированная ньютоновская динамика (MOND), может обеспечить дополнительную гравитационную силу, удерживающую галактики вместе. Но, как и в случае с темной материей, свидетельств в поддержку этой идеи крайне мало.

Новые идеи. Астрономы склоняются в пользу идеи темной материи. Но что, если они ошибаются? Фото.

Астрономы склоняются в пользу идеи темной материи. Но что, если они ошибаются?

Различные исследования рассматривали то, какое влияние MOND может оказывать на орбиты удаленных объектов, таких как Плутон или космические аппараты «Пионер» и «Вояджер», но обнадеживающих результатов не последовало. Более того, многим астрономам эта идея не нравится, так как представляет собой, по сути, произвольную интерпретацию ньютоновской динамики (собственно вот она – причина повсеместного интереса к темной материи).

Еще больше интересных статей в области космологии и физики читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Теперь же, ситуация может измениться – все благодаря работе Джонатана Оппенгейма и Андреа Руссо из Университетского колледжа Лондона, которые выяснили, почему идея MOND Милгрома все-таки может быть верной. Работа, пока что не прошедшая экспертной оценки, дает MOND теоретическую основу, которая повышает привлекательность теории для астрономов и физиков.

Хорошо забытое старое

Исследование, опубликованное на сервере препринтов AiRXiv, основано на идее, которую Оппенгейм выдвинул несколько лет назад, чтобы примирить несовместимость между двумя великими основами современной физики: квантовой механикой и общей теорией относительности. Напомним, что квантовая механика объясняет устройство Вселенной в мельчайших масштабах, в то время как ОТО – в самых больших масштабах.

И, как мы уже не раз рассказывали, характер обеих теорий совершенно противоположен: квантовая механика предполагает, что Вселенная вероятностна по своей природе, в то время как ОТО подразумевает, что она полностью классическая. Эта несостыковка создает дилемму, когда дело доходит до создания теории квантовой гравитации, которую физикам только предстоит разработать.

Хорошо забытое старое. Квантовая гравитация — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия. Фото.

Квантовая гравитация — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия.

Подробнее о квантовой гравитации мы рассказывали здесь, не пропустите!

Идея Оппенгейма в том, что ОТО – классическая теория, но в своей основе, однако, стохастическая – то есть имеет случайный характер, скорее похожий на броуновское движение – случайное движение частицы, взвешенной в жидкости. Такое видение позволяет объединить квантовую механику и теорию относительности математически совместимым образом.

Из этого «хорошо забытого» подхода также следует, что гравитация для нас с вами работает именно так, как описал Ньютон (и как наблюдают физики). А вот в галактических масштабах ускорение, обусловленное гравитацией, может изменяться на небольшую, но случайную величину, как если бы пространство-время вызывало какое-то броуновское движение масс внутри него.

Хорошо забытое старое. Мы, возможно, неправильно понимаем гравитацию – главную движущую силу Вселенной. Фото.

Мы, возможно, неправильно понимаем гравитацию – главную движущую силу Вселенной

Мы показываем, что стохастическая природа пространства-времени порождает дополнительную гравитационную силу, удерживающую галактики вместе. Энтропия, управляемая стохастической космологической постоянной, может объяснить кривые вращения галактик, а значит привлекать темную материю не нужно, – пишут авторы научной работы.

Темная материя больше не нужна?

Идея Милгрома (и авторов нового исследования) может оказаться необходимым следствием объединения теории относительности и квантовой механики в единую структуру. Как минимум эту идею следует рассмотреть всерьез и провести ряд научных экспериментов, проверяющих природу ньютоновской динамики.

Авторы работы, все же, призывают быть осторожными, указывая, что помимо вращения галактик есть и другие причины предполагать существование темной материи. Например, гравитационная масса далеких галактик действует подобно линзе, преломляя проходящий мимо свет. И размер этого изгиба предполагает, что темная материя должна вносить свой вклад в эту массу.

Темная материя больше не нужна? Физики применяют широкий спектр подходов к очень сложным проблемам, таким как объединение квантовой механики с гравитацией. И это – очень хорошо. Фото.

Физики применяют широкий спектр подходов к очень сложным проблемам, таким как объединение квантовой механики с гравитацией. И это – очень хорошо

Таким образом, прежде чем новая, альтернативная идея получит распространение, ее необходимо тщательно и подробно изучить, в частности, путем компьютерного моделирования броуновского движения пространства-времени и его влияния на массу. Ну а речь о полном отказе от темной материи не идет и вовсе.

Читайте также: Астрофизики обнаружили «мосты» из темной материи. Что это такое?

Выходит, у астрономов прибавилось работы, ведь помимо поисков темной материи как в космосе, так и на Земле, внимание придется уделить и идее Милгрома. Но именно так работает наука – чем более открыто и непредвзято мы смотрим на Вселенную, тем больше шансов узнать еще несколько ее тайн.

Как физики охотятся за темной материей?

Как физики охотятся за темной материей? Можно ли обнаружить темную материю с помощью телескопов, атомных часов и подземных детекторов? Фото.

Можно ли обнаружить темную материю с помощью телескопов, атомных часов и подземных детекторов?

На сегодняшний день одной из величайших загадок космологии является темная материя – таинственная субстанция, не поддающаяся непосредственному наблюдению и участвующая в гравитационном взаимодействии. Исследователи полагают, что темная материя способна объяснить не только ряд астрофизических явлений, например движение и скопление галактик, но и само происхождение жизни. Вот только эта таинственная материя полностью невидима, так как не излучает свет или энергию, а значит обнаружить ее невозможно. И хотя физики полагают, что ключ к неуловимой природе темной материи лежит в ее составе, определить последний также не представляется возможным. И все же, надежда умирает последней – недавно Европейское космическое агентство (ЕКА) продемонстрировало первые тестовые снимки, сделанные космическим телескопом «Евклид», с помощью которых физики надеются наконец обнаружить темную материю (и не только). Но это – далеко не все новости.

Наблюдения в астрономии предполагают наличие “темной материи”, на долю которой приходится более 80% всей материи во Вселенной. Примечательно, что на сегодняшний день нет никаких достоверных доказательств того, что темная материя взаимодействует с фотонами – фундаментальными частицами света. Именно из-за этого отсутствия взаимодействия ее называют “темной”. Состав темной материи и любые потенциальные неизвестные взаимодействия с обычной материей остаются для нас тайной.

Темная материя – это частицы?

Считается, что темная материя составляет около 80% вещества во Вселенной и отвечает за большую часть гравитационного взаимодействия, позволяя формироваться таким структурам, как галактики. Поскольку Солнечная система вращается вокруг центра Млечного Пути, наша планета движется через гало темной материи (которое составляет большую часть вещества в Галактике).

Так как темная материя не поддается непосредственному наблюдению, физики работают над разнообразными способами ее обнаружения. Так, согласно одной из популярных теорий, темная материя – это новый тип слабо взаимодействующих частиц WIMP. Считается, что они обладают массой и крайне редко взаимодействуют с обычной материей – вместо этого WIMP взаимодействуют с гравитацией.

Темная материя – это частицы? Среди кандидатов на роль темной материи исследователи выделяют слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs), рожденные в ранней Вселенной. Фото.

Среди кандидатов на роль темной материи исследователи выделяют слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs), рожденные в ранней Вселенной.

За последние 30 лет ученые разработали экспериментальную программу, чтобы попытаться обнаружить редкие взаимодействия между WIMP и обычными атомами. Однако на Земле нас постоянно окружают низкие, неопасные уровни радиоактивности, исходящие от микроэлементов – главным образом, урана и тория – в окружающей среде, а также космических лучей из космоса.

Читайте также: Существует ли темная материя? И почему мнения ученых разделились?

Чтобы подтвердить, действительно ли WIMP – образующие частицы темной материи, исследователи работают над созданием как можно более чувствительного детектора, способного зафиксировать темную материю. Такой детектор должен находиться в как можно более тихом месте, чтобы сигнал таинственной материи можно было увидеть на фоне… радиоактивности.

Именно это, как сообщает The Conversation, удалось сделать физикам из коллаборации LUX-ZEPLIN, или LZ – исследователи построили самый большой на сегодняшний день детектор темной материи и установили его на глубине 1478 метров под землей (чтобы блокировать космическое излучение) в исследовательском центре Сэнфорда в Лиде, – говорится в статье.

Темная материя – это частицы? Подземный детектор LZ ищет частицы таинственной темной материи. Фото.

Подземный детектор LZ ищет частицы таинственной темной материи

В центре LZ находится 10 000 килограммов жидкого ксенона. Когда частицы проходят через детектор, то могут сталкиваться с атомами ксенона, что приводит к вспышке света и высвобождению электронов. Результаты инновационной работы опубликованы в июле в журнале Physics Review Letters.

И все же, несмотря на приложенные усилия, обнаружить потенциальные частицы темной материи ученым не удалось – как говорится в исследовании, детектор регистрировал около пяти событий в день. Рассмотрев характеристики этих событий, физики могут с уверенностью сказать, что ни одно из них не было вызвано темной материей. Увы, но она по-прежнему остается невидимой. Исследователи, однако, продолжают сбор данных, и в будущем, возможно, смогут обнаружить эти таинственные частицы.

Еще больше статей о тайнах Вселенной и темной материи читайте на нашем канале Яндекс.Дзен! Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Может ли космический телескоп обнаружить темную материю?

Исследователи Европейского космического агентства (ЕКА) недавно продемонстрировали первые снимки космического телескопа «Евклид», когда последний приближался к своей конечной орбите вокруг Земли. Когда этот астрономический инструмент достигнет пункта назначения, то сможет предоставить миру радикально новое представление о формировании и расширении Вселенной, а также о роли, которую во всем этом играют темная энергия, темная материя и гравитация.

Может ли космический телескоп обнаружить темную материю? Евклид – космический телескоп ЕКА скоро приступит к полноценной работе. Фото.

Евклид – космический телескоп ЕКА скоро приступит к полноценной работе

Первые тестовые снимки, сделанные двумя бортовыми камерами телескопа — видимым прибором (VIS) и спектрометром и фотометром ближнего инфракрасного диапазона (NISP) – представляют собой серию детальных снимков ночного неба, демонстрирующих обширную коллекцию звезд, звездных скоплений и галактик.

Кнуд Янке из Института астрономии Макса Планка, партнер, участвующий в проекте, говорит, что снимки “пока непригодны для научных целей”, но приборы “превосходно работают в космосе”.

На первых снимках можно увидеть участок неба, составляющий примерно “четверть ширины и высоты полной Луны”. Представители ЕКА говорят, что обработав снимки и удалив такие «нежелательные артефакты» как космические лучи, изображения станут более детализированными, а значит, смогут быть использованы в научных целях.

Это интересно: Джеймс Уэбб обнаружил гипотетические звезды, питающиеся темной материей

Может ли космический телескоп обнаружить темную материю? Ранние тестовые изображения с прибора Euclid’s VIS. Слева – сетка миниатюр изображений. Справа – увеличенная сетка из четырех снимков, показывающая обширные звездные поля, галактики и звездные скопления.Изображение: Европейское космическое агентство. Фото.

Ранние тестовые изображения с прибора Euclid’s VIS. Слева – сетка миниатюр изображений. Справа – увеличенная сетка из четырех снимков, показывающая обширные звездные поля, галактики и звездные скопления.
Изображение: Европейское космическое агентство

Правда, и здесь не обойтись без ожиданий – пригодные для работы изображения телескоп начнет получать в октябре 2023 года, после того, как достигнет своей конечной позиции на расстоянии около 1,5 миллионов километров от Земли, завершив примерно трехмесячный “этап ввода в эксплуатацию и проверки работоспособности” (который начался после запуска телескопа в начале июля).

Отметим, что «Евклид» отличается от других известных космических телескопов, таких как «Хаббл» или Джеймс Уэбб – вместо того, чтобы искать конкретные космические объекты и детали, «Евклид» проведет свои шесть лет службы, заглядывая на 10 миллиардов лет в прошлое. Представители космического агентства говорят, что это поможет им ответить на вопросы о фундаментальных физических законах Вселенной, а также узнать, как она возникла и из чего на самом деле состоит.

Темная материя и атомные часы

Еще одна многообещающая теория по поискам темной материи относится к постоянной тонкой структуры – естественной постоянной, описывающей силу электромагнитного взаимодействия. Считается, что она определяет масштабы атомной энергии и, таким образом, влияет на частоты переходов, которые используются в качестве эталонных в атомных часах.

Атомные часы – самый точный прибор для измерения времени, который состоит из нескольких частей, а его электроника ответственна за стабильность работы и точность механизма. Сами по себе эти приборы не тяжелые и небольшие (а определение секунды основано на колебаниях атома цезия).

Темная материя и атомные часы. Темную материю можно искать с помощью атомных часов. Фото.

Темную материю можно искать с помощью атомных часов

Поскольку различные переходы в разной степени чувствительны к возможным изменениям постоянной тонкой структуры, сравнение атомных часов можно использовать для поиска темной материи. По этой причине физики использовали особенно чувствительные к возможным изменениям постоянной тонкой структуры атомные часы, сравнивая их с двумя другими атомными часами с более низкой чувствительностью при измерениях в течение нескольких месяцев.

Полученные в ходе работы результаты выявили наличие колебаний, характерных для темной материи. Но поскольку никаких существенных колебаний обнаружено не было, темная материя оставалась так и осталась незамеченной, даже при более тщательном рассмотрении.

Вам будет интересно: Темная материя – ключ к теории гравитации?

Таким образом, обнаружить таинственную темную материю исследователи так и не смогли, причем во всех трех описанных экспериментах. Это, однако, не означает, что мы никогда ее не найдем – исследования продолжаются, а значит появятся и другие идеи и способы охоты за самой таинственной материей во Вселенной. Будем ждать!

Джеймс Уэбб обнаружил гипотетические звезды, питающиеся темной материей

Джеймс Уэбб обнаружил гипотетические звезды, питающиеся темной материей. Космический телескоп Джеймса Уэбба, возможно, обнаружил «темные звезды» – древние объекты, питающиеся таинственной темной материей. Фото.

Космический телескоп Джеймса Уэбба, возможно, обнаружил «темные звезды» – древние объекты, питающиеся таинственной темной материей

Первые звезды, вероятно, сильно отличались от тех, что мы видим сегодня. Большинство астрономов считают, что самые первые светила во Вселенной были большими — в сто раз массивнее Солнца — и очень яркими из-за ядерных реакций в своих недрах. Некоторые исследователи, однако, предполагают, что размер и светимость первого поколения звезд является результатом поглощения ими таинственной темной материй – формы материи, которая не взаимодействует со светом и является недоступной для прямого наблюдения. О том, что на просторах Вселенной могут существовать столь необычные объекты, напомнила космическая обсерватория Джеймс Уэбб – недавно астрономы опубликовали снимки трех древних и невероятно больших звезд, с помощью которых можно решить проблемы современной космологической модели и углубить наше понимание темной материи. К тому же, открытие нового типа звезд – событие само по себе интересное.

Открытие нового типа звезд само по себе довольно интересно, но открытие того, что их питает темная материя еще более грандиозно, – говорится в заявлении Кэтрин Фриз, соавтора исследования и известного астрофизика из Техасского университета.

Таинственные звезды и темная материя

Темная материя – это концепция в теоретической физике, а потому крайне сложна для изучения. Тот факт, что эта таинственная материя участвует только в гравитационном взаимодействии и не подлежит непосредственному наблюдению, лишь усложняет задачу. Ученые полагают, что она составляет примерно 27% Вселенной и объясняет как формируются галактики и звезды. Были также выдвинуты предположения о том, что темная материя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), которые аннигилируют при столкновении, выделяя тепло.

«Столкнувшись в облаке коллапсирующих атомов водорода, энергетические взаимодействия WIMP могут в конечном итоге привести к образованию огромной темной звезды», – объясняют исследователи. Согласно имеющимся оценкам, масса такой звезды может превышать солнечную в миллионы раз, а ее яркость – в десять миллиардов раз.

Таинственные звезды и темная материя. Если темные звезды действительно существуют, то могут объяснить формирование сверхмассивных черных дыр. Фото.

Если темные звезды действительно существуют, то могут объяснить формирование сверхмассивных черных дыр

Более того, темные звезды могут вырастать до поразительно больших размеров, затмевая обычные термоядерные звезды, подобные Солнцу. И если эти объекты действительно существуют, то могут объяснить ранее наблюдаемые крупные галактики, которые образовались в ранней Вселенной – считается, что на их формирование должно было уйти гораздо больше времени.

Читайте также: Существует ли темная материя? И почему мнения ученых разделились?

Выходит, темные звезды – гипотетические объекты, питающиеся темной материей, которая возникла примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва. При этом в случае коллапса такой звезды может образоваться сверхмассивная черная дыра, необходимая для формирования древних галактик.

Что именно обнаружил телескоп Джеймса Уэбба?

Астрономы, использующие крупнейшую космическую обсерваторию Джеймс Уэбб считают, что обнаружили таинственные темные звезды, о чем сообщили в работе, недавно опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. И хотя для подтверждения наблюдений требуется больше времени и доказательств, результаты нового исследования крайне интересны.

Все потому, что компоненты, необходимые для образования звезд, резко эволюционировали на протяжении истории Вселенной. Так, первые звезды образовались примерно через 200 миллионов лет после Большого взрыва из газовых облаков, состоящих почти полностью из водорода и гелия, а более тяжелые элементы появились позже, после нескольких циклов звездообразования.

Что именно обнаружил телескоп Джеймса Уэбба? Темные звезды – поколение первых светил во Вселенной. Фото.

Темные звезды – поколение первых светил во Вселенной

Отсутствие тяжелых элементов повлияло на то, как эти облака охлаждались и разрушались под действием гравитации. Модели предполагают, что газ в облаках со временем стал достаточно плотным и горячим, чтобы вызвать ядерный синтез (точно так же, как в современных звездах). Однако астрофизики предсказывают, что эти первые звезды – звезды третьей популяции – были чрезвычайно массивными и недолговечными.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Астрономам еще предстоит непосредственно наблюдать звезды третьей популяции III, поэтому вопрос об их формировании остается открытым. В 2008 году Кэтрин Фриз из Техасского университета и ее коллеги предположили, что самые первые звезды подпитывались темной материей. По этой причине они не были уверены в том, будут ли эти объекты излучать достаточно света, чтобы стать видимыми, и назвали их «темными звездами».

Лишь спустя время астрономы подсчитали, что одна темная звезда может быть такой же яркой, как целая галактика. Название ”темная звезда» оказалось неправильным, но нам все равно понравилось, – говорит Фриз.

Согласно модели Фриз, темные звезды формируются в облаках, состоящих в основном из водорода, а доля темной материи в них составляет всего 0,1% от массы. Когда частицы темной материи сталкиваются друг с другом, то могут аннигилировать, высвобождая фотоны, электроны и другие частицы. Большинство этих побочных продуктов остаются в облаке, выделяя тепло и заставляя его светиться.

Что именно обнаружил телескоп Джеймса Уэбба? Объекты, обнаруженные космическим телескопом Джеймс Уэбб. Фото.

Объекты, обнаруженные космическим телескопом Джеймс Уэбб

“Темные звезды – теоретически интригующая идея”, – считает Джулиан Муньос, космолог из Техасского университета, который не принимал участия в новом исследовании. «Самоуничтожение – довольно общий признак многих моделей темной материи, в которых последняя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц», – говорит он.

Это интересно: Темная материя – ключ к теории гравитации?

Согласно модели Фриз, самоаннигиляция WIMP (частиц темной материи) была бы значительным источником энергии в газовых облаках ранней Вселенной с массами, примерно эквивалентными Солнцу. Получившиеся в результате темные звезды имели бы температуру поверхности около 10 000 К, достаточную для того, чтобы заставить их ярко светиться, но недостаточную для предотвращения накопления в них дополнительного вещества.

Именно эти сверхмассивные темные звезды, как утверждает Фриз и ее коллеги, обнаружили в данных, полученных с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб. К настоящему моменту эта космическая обсерватория выявила более 700 объектов, относящихся к самой ранней эпохе звездообразования. На данный момент неясно, что это за объекты, поскольку данные недостаточно точны.

Что именно обнаружил телескоп Джеймса Уэбба? Данные, полученные с помощью космической обсерватории Джеймса Уэбба. Фото.

Данные, полученные с помощью космической обсерватории Джеймса Уэбба

Команда Уэбба, однако, выполнила последующие спектроскопические измерения на небольшой выборке этих объектов – пять из них были обнародованы, и, основываясь на анализе Фриз, три из пяти могут быть темными звездами.

Больше по теме: Когда во Вселенной появились первые звезды?

Ошибочная идентификация

Конечно, на камне пока ничего не высечено. По словам авторов исследования, их наблюдения за темными звездами на самом деле могут быть просто галактиками, что кажется более правдоподобным. «Более вероятно, что что-то в рамках стандартной модели нуждается в корректировке, потому что предлагать что-то совершенно новое, как это сделали мы, всегда менее вероятно», – объясняет Фриз.

Но если некоторые из этих объектов, которые выглядят как ранние галактики, на самом деле являются темными звездами, то наше моделирование формирования галактик лучше согласуется с наблюдениями, –отмечают исследователи.

Ошибочная идентификация. Возможно в самом ближайшем будущем ученые смогут доказать существование темных звезд. Фото.

Возможно в самом ближайшем будущем ученые смогут доказать существование темных звезд

Одним из способов однозначной идентификации этих объектов может стать сбор большего количества данных и спектральных особенностей предполагаемых темных звезд. Эти доказательства, вероятно, понадобятся для того, чтобы темные звезды привлекли внимание других астрономов.

Не пропустите: От облаков до компьютерной симуляции: как рождаются звезды?

Ну а сейчас Фриз и ее команда собираются продолжить наблюдения с помощью Уэбба, чтобы получить возможность подтвердить свои выводы, так что будем ждать новостей.

Кольца Эйнштейна приблизили ученых к поимке темной материи

Кольца Эйнштейна приблизили ученых к поимке темной материи. Ученые считают, что темная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением, поэтому ее нельзя наблюдать непосредственно через телескопы. Фото.

Ученые считают, что темная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением, поэтому ее нельзя наблюдать непосредственно через телескопы.

Поиски таинственной материи, которая присутствует и оказывает сильное влияние на Вселенную – идут уже не один десяток лет. Ее неуловимая форма известна, как темная материя. И хотя она не излучает свет, радиоизлучение и не взаимодействует с электромагнитными полями, присутствие ее все равно ощутимо. А ощущается оно из-за сильного гравитационного воздействия на звезды и галактики. Кроме того известно об ее существовании уже давно, но все попытки хоть как-то “посмотреть” на нее – не увенчались успехами. Однако, новые исследования приближают к пониманию этого загадочного объекта. В частности, ученые использовали гравитационное изгибание света, чтобы раскрыть некоторые тайны темной материи.

Невидимая материя, как такое возможно?

По своей природе темная материя является уникальной – ее скрытность просто поражает ученое сообщество. До сих пор нет ни одного действенного способа, чтобы ее обнаружить. Но не все так плохо, наука развивается, а вместе с тем проводятся и новые исследования.

Невидимая материя, как такое возможно? В отличие от обычной материи, которая сгущается под действием гравитации, темная материя распределяется по всей Вселенной равномерно. Фото.

В отличие от обычной материи, которая сгущается под действием гравитации, темная материя распределяется по всей Вселенной равномерно.

Таким образом, ученые решили, что есть несколько моделей, которые помогут понять темную материю. Одна из них говорит о том, что это такие слабо взаимодействующие частицы, называют их ВИМПами. Другое предположение говорит о том, что это легкие частицы – их называют аксионами. А самое интересное – это их поведение, ВИМПы ведут себя как дискретные частицы, то есть отдельные, а вот аксионы – больше походят на волны из-за квантовой интерференции.

Квантовая интерференция – это явление, которое происходит в мире частиц, таких как атомы или электроны. Когда эти частицы перемещаются, они могут проходить через два или более отверстия, создавая на экране интерференционную картину в виде полос или точек. Это происходит потому, что частицы ведут себя как волны и могут наложиться друг на друга, создавая усиление или ослабление. Квантовая интерференция играет важную роль в квантовой физике и используется, например, в квантовых компьютерах.

Темная материя играет важную роль в космологии, потому что она объясняет распределение гравитационных потенциалов в галактиках и их кластерах. Наблюдения показывают, что галактики содержат гораздо больше массы, чем видимая материя, такая как звезды и газ. Темная материя может объяснить эту дополнительную массу и составляет примерно 27% Вселенной.

Эту загадочную материю нельзя обнаружить просто так, но есть один способ посмотреть на ее взаимодействие. Анализирование гравитационных линз, как сообщается в новом исследовании – сыграло в этом большую роль.

Читайте также: В космос запустили аппарат JUICE для поиска жизни на спутниках Юпитера.

Гравитационное линзирование и кольца Эйнштейна

Гравитационное линзирование происходит, когда свет, исходящий от отдаленных объектов в космосе, проходит через гравитационное поле массивных объектов, таких как галактики или скопления галактик, и при этом искажается и усиливается.

Гравитационное линзирование и кольца Эйнштейна. Благодаря линзированию – изображение далеких объектов в космосе, таких как галактики и квазары, искажается и увеличивается в размерах, что делает их более заметными и изучаемыми для астрономов. Фото.

Благодаря линзированию – изображение далеких объектов в космосе, таких как галактики и квазары, искажается и увеличивается в размерах, что делает их более заметными и изучаемыми для астрономов.

Одним из особых типов гравитационного линзирования являются кольца Эйнштейна, которые образуются, когда гравитационное поле массивной галактики, расположенной на пути света от заднего источника, искажает его изображение. Таким образом, формируется характерное кольцевидное изображение заднего источника света вокруг галактики-линзы.

Может быть интересно – куда движутся все галактики и что такое темный поток?

Астрономы используют кольца Эйнштейна для исследования темной материи, окружающей ближайшие галактики. Анализ искаженных изображений позволяет более подробно изучать распределение темной материи в космосе и ее влияние на развитие галактик и Вселенной в целом. Это важный инструмент для расширения наших знаний и понимания устройства космоса.

Так что же такое темная материя – аксионы или ВИМПы?

Последние исследования сосредоточены как раз изучением колец Эйнштейна, которые обладают свойствами, похожими на темную материю. Для этого проводятся различные тесты, чтобы понять, как темная материя искажает изображения. Таким образом, в ходе исследований ученые обращали внимание на различные системы, в которых можно было наблюдать несколько копий одного и того же объекта вокруг передней линзы.

Так что же такое темная материя – аксионы или ВИМПы? Считается, что темная материя возникла вскоре после Большого взрыва, и что она была важной составляющей для образования галактик и звезд в нашей Вселенной. Фото.

Считается, что темная материя возникла вскоре после Большого взрыва, и что она была важной составляющей для образования галактик и звезд в нашей Вселенной.

Космос полон тайн, но постепенно наука находит ответы даже на самые сложные из них, например, недавно исследователям удалось разгадать секреты невидимой галактики.

Это необходимо было для того, чтобы определить – как именно изображения искажаются. Они провели детальное моделирование, чтобы понять, чем все же является темная материя – ВИМПами или же аксионами. Интересно то, что модель ВИМПов оказалась не такой точной, а вот аксионы порадовали ученых – они смогли воспроизвести все особенности системы.

Это уникальное открытие говорит о том, что аксионы могут быть более вероятными кандидатами на роль темной материи, чем ВИМПы. Этот результат вызывает особый интерес среди ученых, поскольку аксионы могут помочь объяснить аномалии линзирования и другие астрофизические наблюдения. Если этот результат будет подтвержден, то это может стать важным прорывом в понимании того, что такое темная материя и как она влияет на нашу Вселенную.

Природа темной материи и ее расшифровка

Исследование, хотя и не предоставляет окончательного ответа на вопрос о природе темной материи, открывает новые перспективы для экспериментов и тестирования. В будущем исследования, основанные на гравитационном линзировании, могут помочь установить волновую природу аксионов и измерить их массу.

Природа темной материи и ее расшифровка. Темная материя состоит из неизвестных частиц, которые еще не были обнаружены. Ученые надеются, что будущие эксперименты помогут раскрыть ее тайны и помогут понять больше о нашей Вселенной. Фото.

Темная материя состоит из неизвестных частиц, которые еще не были обнаружены. Ученые надеются, что будущие эксперименты помогут раскрыть ее тайны и помогут понять больше о нашей Вселенной.

А чтобы быстрее понять все тайны Вселенной – подписывайтесь на наш Telegram и Дзен, ведь там публикуются только самые актуальные новости!

Расшифровка природы темной материи может привести к новым открытиям в физике элементарных частиц и ранней Вселенной, а также помочь лучше понять процессы формирования и эволюции галактик. Дополнительные исследования воздействия темной материи на космологические явления могут принести огромную пользу науке и помочь раскрыть тайны нашего мира, что имеет важное значение для человечества.

Куда движутся все галактики и что такое темный поток

Куда движутся все галактики и что такое темный поток. Изучение космоса ведется постоянно, но многие тайны до сих пор не удалось раскрыть. Фото.

Изучение космоса ведется постоянно, но многие тайны до сих пор не удалось раскрыть.

Космос однозначно притягивает к себе интерес. Только одна мысль о том, что где-то там может существовать жизнь – будоражит наше сознание. Он помогает нам взглянуть в бесконечность и понять, насколько удивителен и не изучен наш мир. Но притягивать космос может не только взгляды, но и галактики. В том смысле, что в мире существует сила, которая заставляет галактики двигаться в определенном направлении. Примечательно, что ученые считали – группы галактик должны двигаться хаотично независимо ни от чего. Однако, используя данные за 3 года – исследователи выявили странную закономерность. Может ли быть это ошибкой аппаратуры или это действительно что-то таинственное?

Что такое темный поток?

Темный поток – это космологическое явление, которое стало предметом многочисленных дебатов и исследований в области астрофизики. Он относится к загадочному, постоянному движению скоплений галактик в определенном направлении, которое не объясняется стандартной космологической моделью.

Стандартная космологическая модель предполагает, что Вселенная однородна и изотропна, то есть физические свойства должны быть одинаковы независимо от их направления в больших масштабах. Однако наблюдения показали, что скопления галактик движутся в предпочтительном направлении, известном как темный поток.

Что такое темный поток? Космос – очень темное место, поэтому многие названия также “темные”. Фото.

Космос – очень темное место, поэтому многие названия также “темные”.

Темный поток был впервые обнаружен в 2008 году группой исследователей под руководством Александра Кашлинского из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. Они использовали данные микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона (WMAP) для изучения движения скоплений галактик в больших масштабах.

Читайте также: В космос запустили аппарат JUICE для поиска жизни на спутниках Юпитера.

Куда движутся галактики?

Но в меньших масштабах может наблюдаться очень интересная динамика. Например, наша собственная галактика, Млечный Путь, находится на пути столкновения с нашей ближайшей соседкой, галактикой Андромеды. Примерно через пять миллиардов лет наши галактики столкнутся в титаническом противостоянии, и если наши потомки будут поблизости, чтобы увидеть это зрелище, оно будет весьма впечатляющим.

Помимо этого движения, и Млечный Путь, и Андромеда движутся к скоплению Девы, плотному космическому городу, в котором сосредоточено около тысячи галактик.

И это еще не все. Млечный Путь, Андромеда, само скопление Девы и все другие галактики в близлежащем участке космоса вместе движутся в направлении еще большего скопления, скопления Норма, расположенного в области пространства, известной как Великий Аттрактор.

Куда движутся галактики? Ученым было давно известно о движении галактик, нашей планеты и в целом движения Вселенной. Фото.

Ученым было давно известно о движении галактик, нашей планеты и в целом движения Вселенной.

Здесь все становится сложнее. Чем дальше мы заходим в наших наблюдениях, тем труднее становится точно определить движения галактик. Кроме того, астрономы действительно хороши в измерении движения галактик к нам или от нас (на основе смещения света от галактик), но вычислить движения в других направлениях намного сложнее. Поэтому приходится полагаться на компьютерное моделирование, чтобы сделать обоснованное предположение.

Хотя большинство наблюдений за большей вселенной поддерживают точку зрения “равномерно расширяющейся во всех направлениях”, возникли некоторые несоответствия. В некоторых наблюдениях было замечено крошечное, едва уловимое движение, которое можно пропустить. Похоже, что многие галактики могут двигаться в предпочтительном направлении, а не просто равномерно наружу.

Таким образом команда исследователей и обнаружила, что скопления галактик движутся к области неба вблизи созвездия Центавра со скоростью около 600 км/сек. Это движение не объясняется гравитационным притяжением близлежащих структур или расширением Вселенной, что приводит к предположениям о том, что здесь может действовать какая-то другая неизвестная сила.

Для объяснения темного потока были предложены различные теории. Одна из них заключается в том, что он вызван гравитационным притяжением массивных структур за пределами наблюдаемой Вселенной, которые тянут скопления галактик в определенном направлении. Однако это объяснение остается спорным, поскольку трудно доказать или опровергнуть существование таких структур.

Другая возможность заключается в том, что темный поток является остатком ранней Вселенной, когда она не была однородной и изотропной. Эта теория предполагает, что темный поток может быть сигналом первобытных гравитационных волн, которые могли вызвать асимметрию в начальных условиях Вселенной.

Исследования космоса порой приводят к неожиданным открытиям: ученые обнаружили раннее невиданное событие – убегающую черную дыру.

Различие темного потока, темной материи и темной энергии

Ученое сообщество очень любит темное, особенно космология. Этим и объясняются такие названия, но важно различать их для полного понимания. Темный поток, темная энергия и темная материя – это три разных, но связанных между собой явления, которые в настоящее время находятся на переднем крае современных астрофизических исследований. Хотя эти три понятия часто путают друг с другом, они представляют собой различные аспекты структуры и эволюции Вселенной.

Различие темного потока, темной материи и темной энергии. Ученые постоянно разрабатывают новые методы, которые помогут в обнаружении этих явлений. Фото.

Ученые постоянно разрабатывают новые методы, которые помогут в обнаружении этих явлений.

Много людей слышали про загадочную темную материю, так вот, и ученые пока только слышали, ведь найти ее не так уж и просто – она не взаимодействует с электромагнитными волнами и не видна через телескопы. Но есть то, что вполне ее выдает – гравитационное воздействие на видимую материю, такую как галактики и их скопления, этим и подтверждается ее наличие. Темная материя составляет около 27% от всей материи во Вселенной, тогда как обычная – занимает всего 5%, а темная энергия – 68%. Но ее природа до сих пор неизвестна, и физики и астрономы продолжают ее изучать.

Темная энергия, с другой стороны, отвечает за ускоренное расширение Вселенной. Она действует отталкивающей силой, которая противодействует гравитации и заставляет Вселенную расширяться все быстрее. Но и ее природа также остается загадкой.

Ну, а про темный поток мы говорили выше.

Природа темного потока

Существует множество гипотез, связанных с этим явлением, но большинство исследователей утверждают, что темный поток возник в самых ранних моментах после возникновения Вселенной. Астрономы считают, что это произошло всего лишь через долю секунды после Большого Взрыва, еще до периода инфляции – короткого времени, когда Вселенная начала расширяться с невероятной скоростью. Однако, природа и происхождение этого явления до сих пор остаются загадкой и скрыты за пределами нашей наблюдаемой Вселенной.

Природа темного потока. Теория о мультивселенных остается вполне вероятной, но в то же время – противоречивой. Фото.

Теория о мультивселенных остается вполне вероятной, но в то же время – противоречивой.

Одна из моделей, основанная на теории струн, предлагает интересную вариацию, которая соответствует всем известным фактам. Согласно этой модели, наша Вселенная может иметь Вселенную-близнеца, которая возникла после Большого Взрыва, и существует параллельно с нашей.

Чтобы оставаться в курсе последних новостей из мира науки – подписывайтесь на наш Дзен и Telegram-канал.

Несмотря на множество исследований, природа и происхождение темного потока все еще неясны. Для полного понимания этого интригующего явления требуются дальнейшие наблюдения и исследования крупномасштабной структуры Вселенной.

Существует ли темная материя? И почему мнения ученых разделились?

Сегодня физики все чаще отходят от идеализированных сценариев и обращаются к сложной реальности.

Человечество можно назвать амбициозным видом. Мы живем на маленькой планете, вращающейся вокруг обыкновенной звезды и все же стремимся разгадать все тайны Вселенной. Возьмем, к примеру, темную материю. Считается, что она составляет большую часть материи в галактиках, однако наблюдать ее невозможно – эта таинственная субстанция не взаимодействует с электромагнитным излучением. Мы знаем о ее предполагаемом существовании благодаря гравитационному эффекту, который она оказывает на наблюдаемые нами объекты. Сегодня и темная материя и темная энергия являются основными столпами ведущей космологической модели. Недавно в журнале Astronomy and Astrophysics вышло исследование, в котором перечислены доказательства существования темной материи в самых первых галактиках во Вселенной. Но если ученые ошибаются и никакой темной материи/энергии на самом деле не существует, наши представления об устройстве мироздания придется пересмотреть. А это, согласитесь, серьезно.

Поиски невидимой материи

В 1970-х астрономы Вера Рубин и Кент Форд представили новую теорию, способную объяснить наблюдаемое поведение звезд, планет и галактик. Они предположили, что некая невидимая субстанция оказывает сильное гравитационное воздействие на видимые небесные тела. По мнению Рубин и Форда эта «темная материя» удерживает космические объекты вместе, как будто склеивая их.

Исследователи также пытались понять почему небесные тела, расположенные за пределами центра галактики, вращаются с той же скоростью что и объекты рядом с ним. Такое положение вещей противоречит закону Ньютона, согласно которому звезды и газ должны замедляться по мере удаления от галактического центра, однако наблюдения показывают, что это не так, а объяснить происходящее может наличие таинственной материи.

Возможно темная материя не существует

Теория Форда и Рубин, однако, не получила всеобщего признания, а многие исследователи по-прежнему уверены, что темной материи не существует. С ними готовы поспорить ученые из NASA – как показали результаты нового исследования, существует ряд факторов, подтверждающих выводы 1970-х годов.

Больше по теме: Может ли темная материя формироваться из обычной материи?

Темная материя внутри галактик

Наличие невидимой субстанции, «склеивающей» звезды и планеты, меняет наше понимание Вселенной. Дело в том, что наблюдаемая материя в галактиках составляет всего 20% – исследователи называют эту материю барионной (это означает, что она состоит из таких субатомных частиц как протоны, нейтроны и электроны). Остальные 80% остаются невидимыми и непонятными.

Авторы работы, опубликованной в научном журнале Astronomy and Astrophysics, приводят новые доказательства в пользу существования темной материи. Объектом исследования стали не менее 260 молодых спиральных галактик, в которых формируются новые звезды.

Перел вами спиральная галактика NGC 986

Напомним, что расстояние между нашей планетой и выбранными объектами составляет примерно семь миллиардов световых лет. Это означает, что они сформировались когда Вселенная была в два раза моложе чем сегодня (возраст Вселенной составляет примерно 13,8 миллиардов лет). По форме эти галактики напоминают Млечный Путь с его спиральными рукавами из звезд и газовых облаков.

Еще больше статей о тайнах Вселенной и темной материи читайте на нашем канале Пульс Mail.ru Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Астрономам удалось подтвердить, что эти молодые галактики окружены ореолом темной материи, исходящим из галактического центра. Эти гало, однако, намного компактнее, чем у ближайших к нам галактик, а значит распределение темной материи внутри галактик медленно расширяется с течением времени.

Мы полагаем, что это явление иллюстрирует прямое взаимодействие между частицами темной материи и обычными барионными частицами: плотность ореолов меняется и выходит за рамки известных гравитационных взаимодействий, – пишут исследователи.

Темную материю нельзя увидеть, но это не значит, что ее не существует

Астрономы также указывают, что темная материя отвечает не только за крупномасштабную структуру Вселенной (подробности здесь), но и за скопления галактик, удерживающихся вместе. А вы знали, что темная материя может скрываться в дополнительном измерении? Все подробности можно узнать здесь.

Альтернатива темной материи

Еще одна группа исследователей предположила, что ситуация вокруг темной материи изменилась – ответ следует искать в самой гравитации. Если внимательно посмотреть на полную галактик, звезд, пыли, газа и черных дыр Вселенную, можно обнаружить что-то уже известное. В конце концов, если дополнительные гравитационные эффекты существуют, за них может отвечать нечто невидимое, например, принципиально новый тип материи или частиц.

Это интересно: Квантовый мир: как связаны стерильные нейтрино и темная материя?

Так, если бы нейтрино были достаточно массивными, то вполне могли бы объяснить происходящее. Еще одним вариантом может быть рождение Вселенной со слишком большим количеством материи, часть которой коллапсировала, образовав черные дыры. Подобные варианты могут положить конец бесконечным несоответствиям между реальным поведением небесных объектов и нашими физическими теориями.

темная материя – гипотетическая форма материи, составляющая четверть всей массы и энергии Вселенной.

Увы, но эти предположения вряд ли верны, поскольку общее количество барионной материи во Вселенной уже известно. Некоторые исследователи также предлагают пересмотреть теорию гравитации, чтобы полностью избавиться от темной матери. Но если мы хотим разгадать тайны Вселенной, от темной материи (и энергии) отказываться не стоит, по крайней мере пока.

Отметим, что ученые часто обнаруживают что-то новое, способное поставить под сомнение господствующие теории. Например, результаты ранее проведенных исследований показали, что молодые галактики со звездообразованием, по-видимому сталкиваются с дефицитом темной материи (по сравнению с более поздними галактиками). По этой причине некоторые физики полагают, что темная материя играет гораздо меньшую роль в ранних звездных системах, нежели в современных галактиках. Однако на сегодняшний день эти предположения не состоятельны.

Вам будет интересно: Темная материя – ключ к теории гравитации?

Новый детектор темной материи

Чтобы узнать существует ли темная материя, ученым предстоит долго наблюдать за галактиками. К счастью, новые астрономические инструменты, в числе которых космический телескоп Джеймс Уэбб, способны «видеть» далекое прошлое нашей Вселенной, включая первые звезды и галактики, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва.

В рамках проекта Lux-Zeplin учёные будут искать признаки существования материи внутри титанового резервуара, наполненного сжиженным ксеноном.

Исследователи возлагают большие надежды на самый чувствительный детектор темной материи LUX-ZEPLIN, который расположен в 1,5 км под землей и помещен в большой резервуар с водой (это сделано для защиты LZ от столкновений с другими частицами). Как следует из названия, детектор является преемником двух предыдущих проектов LUX и ZEPLIN, однако его последняя версия в 50 раз чувствительнее к потенциальным сигналам темной материи.

Не пропустите: О чем говорит странная физика черных дыр? Обсуждаем самые невероятные гипотезы

Среди кандидатов на роль темной материи исследователи выделяют слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs), рожденные в ранней Вселенной. Если они действительно существуют, то взаимодействуют с обычной материей создавая уже знакомые астрономические аномалии. Новый детектор окружен датчиками, отслеживающими любые вторжения искомых частиц, а в качестве мишени используется резервуар со сверхчистым жидким ксеноном.

Темная материя – ключ к теории гравитации?

Тёмная мате́рия — в астрономии и космологии, а также в теоретической физике форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому ненаблюдаема

Недавно приступивший к работе космический телескоп «Джеймс Уэбб» по праву считается главным научным событием года. Наблюдая за Вселенной в инфракрасном диапазоне, Уэбб видит ранее незаметные для нас участки космоса. К слову, мощнейшая космическая обсерватория – не единственное технологическое чудо. Так, недавно состоялся запуск самого чувствительного детектора темной материи LUX-ZEPLIN (LZ), с помощью которого исследователи надеятся уловить гипотетические частицы таинственной субстанции. Считается, что темная материя воздействует на гравитацию всех видимых нами небесных объектов и предположительно составляет 85% Вселенной. Напомним, что поиски частиц темной материи ведутся по меньшей мере 30 лет (но, увы, безуспешно). По этой причине некоторые физики предполагают, что ее не существует вовсе. Но если это действительно так, то физикам придется пересмотреть теорию гравитации.

Видимый и невидимый космос

Наши далекие предки были очарованы космосом и наделяли божественными качествами наблюдаемые небесные объекты. Например, в Древнем Египте бог Солнца (Ра) главенствовал над прочими богами, занимая важнейшее место в религии египтян. Бога Солнца также чествовали в Древней Греции (Гелиос), Древнем Риме (Аполлон), Карфагене (Молох), Персии (Митра) и Японии (Аматэрасу).

Вообще, мифологизация Солнца и его воздействие на земную жизнь были распространенным явлением. Считается, что солярные культы появились в результате потребности человека в свете звезды, чему также способствовало магическое мышление. Более того, практически все последователи солярных культов приносили жертвы и поклонялись своим божествам.

Магическое мышление — это вера в способность определять ход событий с помощью мыслей, слов и ритуалов. Подробнее о том, почему мы верим в сверхъестественное и как научиться мыслить критически, можно прочитать здесь.

Сегодня мы знаем, что Солнце никакое не божество, а самая обычная звезда, каких на просторах Вселенной не счесть

К счастью, сегодня мы знаем о Вселенной несравненно больше, а в самом ближайшем будущем станут известны новые подробности о ее рождении. Но какими бы мощными ни были технологии, уловить темную материю ученые так и не смогли. Что странно, так как современная космологическая модель построена на ее предполагаемом существовании.

Существуют ли частицы темной материи?

Считается что темная материя не вступает в электромагнитное взаимодействие и по этой причине ненаблюдаема. Впервые ее существование было предложено лордом Кельвином более века назад в качестве объяснения скорости звезд в нашей галактике. Десятилетия спустя шведский астроном Кнут Лундмарк отметил, что Вселенная должна содержать гораздо больше материи, чем мы можем наблюдать.

Начиная с 1960-х и 70-х годов ученые пытались выяснить что именно представляет собой эта таинственная субстанция и может ли она состоять из неизвестных частиц. Правда, сама по себе теория не дает никаких подсказок и предсказаний относительно того, какими должны быть эти частицы (и что вообще необходимо искать). По этой причине исследователи ищут ее следы в лабораториях и экспериментах, проведенных как под землей, так и в полярных регионах и космосе.

Увы, но детектор темной материи XENON1T так ничего и не обнаружил после года своей работы

В 2020 году исследователи запустили крайне чувствительный детектор темной материи XENON1T, который зарегистрировал аномально большое число событий. Это означает, что могут существовать как новые элементарные частицы, так и таинственные нейтрино – фундаментальные частицы, участвующие только в слабом и гравитационном взаимодействиях. О том, какие виды нейтрино существуют и почему их так трудно найти мы рассказывали ранее, не пропустите.

Интересный факт
Ученые понимают наблюдаемую Вселенную в терминах модельной вселенной, в которой обычная материя составляет всего 5% всей энергии в ней. Около 20% состоит из экзотических частиц темной материи, а около 75% – из еще более экзотической темной энергии.

Как новейший детектор ищет темную материю?

Итак, если темная материя действительно состоит из элементарных частиц, можно ли их обнаружить? В поисках ответа на этот вопрос физики трудились над созданием самого чувствительного детектора темной материи LUX-ZEPLI, призванного уловить так называемые вимпы – частицы этого загадочного вещества.

Вимпы происходят от английской аббревиатуры WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) и являются «слабовзаимодействующими массивными частицами», – объясняют ученые.

Новейший детектор темной материи LUX — это сокращенно Large Underground Xenon, эксперимент по поиску темной материи

Чтобы подтвердить или опровергнуть существование вимпов, детектор должен зафиксировать их столкновение с атомами жидкого ксенона – тяжелого благородного газа без цвета, вкуса и запаха. Считается, что подобные столкновения происходят редко, а потому критически важное значение имеет масса одноатомного ксенона. Отметим, что чувствительность детектора LUX-ZEPLIN более чем в 50 раз выше, чем у его предшественников.

Больше по теме: Может ли темная материя формироваться из обычной материи?

Сам детектор расположен на глубине 1600 метров под землей и должен уловить гипотетические частицы темной материи. Исследователи также отмечают, что к моменту завершения эксперимента вероятность обнаружения частиц таинственной субстанции составит менее 50%.

Подземное расположение детектора помогает защитить его от высокоэнергетических протонов и атомных ядер, которые движутся в пространстве почти со скоростью света и исходят от Солнца и других областей Солнечной системы, – объясняют эксперты.

Темная материя — одна из величайших тайн Вселенной.

Фактически, единственный способ сделать выводы о темной материи – это обнаружить ее гравитационное влияние, которое удерживает вместе большинство галактик, не позволяя составляющим их звездам разлетаться в разные стороны. На сегодняшний день точно известно лишь одно – темная материя не состоит из протонов и нейтронов.

Может ли темная материя скрываться в дополнительном измерении? Ответ найдете в этой статье здесь, рекомендуем к прочтению!

Доказательства и их отсутствие

Ну а пока одни ученые заняты поиском неизвестных науке частиц, их коллеги смотрят в противоположном направлении, предполагая, что темной материи на самом деле не существует. Так, в 2021 году в журнале Astrophysical Journal была опубликована статья, в которой физики сообщили о незначительных расхождениях в орбитальной скорости далеких звезд, которые обнаруживают неизвестные гравитационные эффекты.

Полученные результаты предполагают, что все дело в недостаточном понимании гравитации: вместо того, чтобы зависеть только от массы объекта, гравитация может зависеть от силы притяжения и других массивных объектов. Подобное взаимодействие означает, что сила гравитации при небольших ускорениях сильнее, чем предсказывали Ньютон и Эйнштейн.

Темная материя ведет себя не так, как обычная материя, к которой привыкли ученые. Она не излучает, не отражает и не поглощает свет.

Модели, основанные на этом предположении называются модифицированной ньютоновой динамикой (modified Newtonian dynamics) или MOND. С ее помощью исследователи хотят понять как именно двигаются галактики в скоплениях и как искривляются световые лучи.

Сомнения относительно существования темной материи нашли свое отражение в еще одной научной работе, опубликованной в мае в журнале Nature. Оказалось, что галактики далеко не всегда нуждаются в темной материи, в отличие от модифицированной ньютоновской динамики, которая хорошо вписывается в модель космологической эволюции Вселенной.

И все же большинство исследователей полагают, что темная материя существует в большей части галактик. Основной вопрос заключается в том, почему мы ее не видим ни в каком диапазоне светового спектра. Именно эту информацию ученым предстоит доказать или опровергнуть уже в самом ближайшем будущем. Ну а пока поиски продолжаются, предлагаем обсудить тайны темной материи в нашем Telegram-чате и в комментариях к этой статье, присоединяйтесь скорее!

Гипотеза: Столкновение с темной материей вызывает катаклизмы на земле

Ученый из США, чье имя Майкл Рампино пришел к выводу, что все геологические изменения происходящие на земле, а так же вымирание динозавров и других видов животных  – связано с воздействием темной материи на землю.  По его словам, прохождение нашей планеты по галактическому диску и сквозь него вызывает различные катаклизмы. Исследование было опубликовано в «Заметках королевского астрономического общества».

Профессор биологии Майкл Рампино из Нью-Йоркского университета объясняет регулярные геологические сдвиги и случаи массового вымирания – например, уничтожение динозавров в результате столкновения с астероидом – прохождением Земли через сгустки темной материи.

Предыдущие исследования показали, что Земля вращается вокруг центра Галактики, совершая один оборот раз в 250 миллионов лет. Планета движется по волнистой траектории, пересекая галактический диск каждые 30 миллионов лет.

Галактический диск представляет собой плоскость Млечного Пути. Кроме множества звезд, облаков газа и пыли, в нем содержится высокая концентрация темной материи – неуловимых субатомных частиц, образующих около 27 процентов Вселенной.

Проанализировав движение Земли по Галактике, Рампино обнаружил, что встречи с темной материей совпадают с кометным воздействием и массовым вымиранием видов. Исследователь считает, что темная материя в этих участках галактики меняет орбиты комет, которые обычно находятся далеко от Земли. В результате часть комет начинает сближаться с нашей планетой.

Кроме того, по словам ученого, темная материя может накапливаться в ядре Земли. Аннигиляция частиц темной материи приводит к выделению значительного количества тепла, что может вызывать извержение вулкана, разворот магнитного поля или изменение уровня моря. Это может быть объяснением геологических событий, которые происходят на нашей планете каждые 30 миллионов лет.

Результаты исследования показывают, что циклы геологической и биологической эволюции на Земле частично подчиняются ритмам Галактики. Ученый считает, что его работа изменит наше понимание развития Земли.

Источник http://hi-news.ru