Астрофизики и космологи всего мира озабочены поиском доказательств существования двух самых загадочных видов вещества: темной материи и темной энергии. О том, почему они в теории имеют право на существование и где их можно найти, рассказал профессор Александр Долгов, ведущий научный сотрудник ИТЭФ, фрагменты интервью которого я и привожу в данной заметке.
Полное интервью можно прочесть тут
На сегодняшний день имеется много астрономических данных, причем весьма разнообразных, которые однозначно свидетельствуют, что кроме обычных веществ – протонов, нейтронов, электронов –существуют в гораздо большем количестве две других субстанции: темная материя и темная энергия. Есть некоторые попытки обойтись без этого, без введения в теорию этих субстанций, например без темной материи, но мне кажется, что такие теории совершенно не работоспособны, потому что не объясняют все те явления, которые можно наблюдать на небе. А сейчас видят очень много и в ближайшее время увидят еще больше, потому что продолжают строиться новые устройства – это и счетчики космического излучения, и поиск гравитационных волн, нейтринные телескопы и т.д., в том числе и обычные телескопы совершенно фантастической чувствительности.
Еще до 2-й мировой войны Ян Оорт и Фриц Цвикке обратили внимание, что скорости звезд в галактике, а также галактик в скоплениях слишком велики, чтобы их можно было объяснить, исходя из наблюдаемых суммарных масс вещества. По расчетам Цвикке получилось, что этой ненаблюдаемой материи должно быть в несколько раз больше, чем видимой. Но об этом благополучно забыли, интерес к проблеме оживился в 1964 году после работ принстонской группы во главе с Джимом Пиблсом и эстонской группы астрономов: Яана Эйнасто, Антса Каасика и Энна Саара.
Если мы посмотрим на Солнечную систему, то скорость планет тем больше, чем ближе они к Солнцу. Меркурий движется быстро, Венера медленнее, Земля еще медленнее и т.д. Однако в галактике, в скоплениях галактик ситуация другая – там скорость звезд или частиц межзвездного газа по мере удаления от центра сначала растет, а потом перестает и выходит на постоянную кривую – плоскую ротационную кривую – и почти не меняется далеко за пределами видимых границ галактик. Аналогичным образом обстоит дело и для спутников галактик, таких как Магеллановы облака. Это означает, что есть невидимое вещество, плотность которого слабо падает по мере удаления от светящегося центра, при этом оно концентрируется вокруг него.
Если перейти к темной энергии, то это совсем странная вещь – некое расталкивающее вещество во Вселенной. Разработки теорий темной энергии связаны как раз с тем, чтобы объяснить это расширение. Совсем недавно расширение Вселенной понимали просто как некое движение по инерции после Большого Взрыва. Соответственно, может существовать открытая Вселенная, когда расширение никогда не прекратится, или замкнутая, когда расширение в какой-то момент сменится сжатием, как если бы брошенный камень упал назад.
Сейчас же картина такая, как будто мы кинули камень, он сначала летел с замедлением, а потом вдруг у него в какой-то момент включился ракетный двигатель, и он полетел со «свистом», ускоряясь. Это произошло относительно «недавно» – примерно 5 миллиардов лет назад. С того момента Вселенная расширилась всего лишь в два раза. Об этом свидетельствует так называемое «красное смещение» – излучение галактик по мере их разбегания сдвигается в диапазон все более длинных волн, они как бы «краснеют». Так вот, в 2011 году американцы Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рисс собрали доказательства того, что Вселенная расширяется с ускорением, наблюдая сверхновые звезды типа Iа – оказалось, что они гораздо менее яркие, чем ожидалось при обычном замедляющемся расширении. Это значит, что они находятся дальше, то есть разлетались быстрее, с ускорением.
К сожалению, пока нет иного пути, кроме как выяснить природу темной энергии и темной материи по астрономическим данным. Сейчас ищут проявления темной материи внутри звезд, в том числе внутри Солнца, про которое мы очень много знаем благодаря гелиевой сейсмологии – наблюдаются колебания поверхности Солнца, то есть солнцетрясения, по их характеристикам изучается внутреннее строение светила. Точность наблюдений растет, и, быть может, в конце концов, могут быть обнаружены некоторые аномалии, свидетельствующие, что в Солнце есть необычный источник энергии за счет аннигиляции частиц темной материи.
