Вселенная состоит как минимум из двух видов материи. Прежде всего, есть материал, который мы можем обнаружить, который астрономы называют «барионной» материей. Это считается «обычной» материей, потому что она состоит из протонов и нейтронов, которые можно измерить. Барионная материя включает в себя звезды и галактики, а также все объекты, которые они содержат.
Во вселенной также есть «вещи», которые нельзя обнаружить обычными наблюдательными средствами. Тем не менее, он существует, потому что астрономы могут измерить его гравитационное воздействие на барионное вещество. Астрономы называют этот материал "темной материей", потому что, ну, темная. Он не отражает и не излучает свет. Эта таинственная форма материи создает некоторые серьезные проблемы для понимания многих вещей во вселенной, начиная с самого начала, около 13,7 миллиардов лет назад.
Открытие Темной Материи
Десятилетия назад астрономы обнаружили, что во Вселенной недостаточно массы, чтобы объяснить такие вещи, как вращение звезд в
галактики и движения звездных скоплений. Масса влияет на движение объекта в пространстве, будь то галактика, звезда или планета. Судя по тому, как вращались некоторые галактики, например, оказалось, что где-то там было больше массы. Это не было обнаружено. Это как-то «отсутствовало» в массовом инвентаре, который они собирали, используя звезды и туманности, чтобы присвоить галактике заданную массу. Доктор Вера Рубин и ее команда наблюдали галактики, когда они впервые заметили разницу между ожидаемыми скоростями вращения (на основе оценочных масс этих галактик) и фактическими скоростями, которые они наблюдали.Исследователи начали копать глубже, чтобы выяснить, куда исчезла вся недостающая масса. Они считали, что, возможно, наше понимание физики, т.е. общая теория относительности, был ошибочным, но слишком много других вещей не складывались. Итак, они решили, что, возможно, масса все еще была там, но просто не видна.
Хотя все еще возможно, что мы упускаем что-то фундаментальное в наших теориях гравитации, второй вариант был более приемлем для физиков. Из этого откровения родилась идея темной материи. Об этом свидетельствуют данные наблюдений вокруг галактик, и теории и модели указывают на вовлечение темной материи в начале формирования вселенной. Итак, астрономы и космологи знают, что это там, но еще не выяснили, что это такое.
Холодная темная материя (CDM)
Итак, что может быть темной материей? Пока что есть только теории и модели. На самом деле их можно разделить на три основные группы: горячая темная материя (HDM), теплая темная материя (WDM) и холодная темная материя (CDM).
Из этих трех CDM долго был ведущим кандидатом на то, что эта недостающая масса во вселенной. Некоторые исследователи все еще отдают предпочтение теории сочетания, в которой аспекты всех трех типов темной материи существуют вместе, чтобы составить общую недостающую массу.
CDM - это разновидность темной материи, которая, если она существует, движется медленно по сравнению со скоростью света. Считается, что он присутствовал во Вселенной с самого начала и, скорее всего, повлиял на рост и эволюцию галактик. а также формирование первых звезд. Астрономы и физики считают, что это, скорее всего, какая-то экзотическая частица, которая еще не обнаружена. Скорее всего, он обладает очень специфическими свойствами:
Было бы недостаточно взаимодействия с электромагнитной силой. Это довольно очевидно, поскольку темная материя является темной. Поэтому он не взаимодействует, не отражает и не излучает энергию любого типа в электромагнитном спектре.
Однако любая потенциальная частица, которая составляет холодную темную материю, должна учитывать, что она должна взаимодействовать с гравитационным полем. В доказательство этого астрономы заметили, что скопления темной материи в скоплениях галактик оказывают гравитационное воздействие на свет от более отдаленных объектов, которые, как оказывается, проходят мимо. Это так называемый "эффект гравитационного линзирования" наблюдался много раз.
Кандидат Объекты Холодной Темной Материи
Хотя ни одно из известных веществ не отвечает всем критериям для холодной темной материи, для объяснения МЧР было предложено по крайней мере три теории (если они существуют).
- Слабо взаимодействующие массивные частицы: Также известен как WIMPsЭти частицы по определению отвечают всем потребностям МЧР. Тем не менее, такая частица никогда не была обнаружена. WIMP стали универсальным термином для всех кандидатов в холодную темную материю, независимо от того, почему считается, что частица возникает.
- Аксионы: Эти частицы обладают (хотя бы незначительно) необходимыми свойствами темной материи, но по разным причинам, вероятно, не являются ответом на вопрос о холодной темной материи.
- мачо: Это аббревиатура для Массивные Компактные Гало Объекты, которые являются объектами, такими как черные дырыдревний нейтронные звездыкоричневые карлики и планетарные объекты. Это все не светящиеся и массивные. Но из-за их больших размеров, как с точки зрения объема, так и массы, их было бы относительно легко обнаружить путем мониторинга локализованных гравитационных взаимодействий. Есть проблемы с гипотезой MACHO. Например, наблюдаемое движение галактик является однородным, что было бы трудно объяснить, если бы MACHO предоставляли недостающую массу. Кроме того, звездные скопления потребовали бы очень равномерного распределения таких объектов в пределах их границ. Это кажется очень маловероятным. Кроме того, огромное количество MACHO, которые должны быть достаточно большими, чтобы объяснить недостающую массу.
Прямо сейчас тайна темной материи пока не имеет очевидного решения. Астрономы продолжают разрабатывать эксперименты для поиска этих неуловимых частиц. Когда они выяснят, кто они и как они распределены по всей вселенной, они откроют еще одну главу в нашем понимании космоса.