Самые интригующие загадки темной материи
Темная материя - одно из самых загадочных явлений, которое, несмотря на все усилия ученых, остается до сих пор мало изученным. Частицы темной материи не производят, не отражают и не поглощают свет, ее нельзя увидеть с помощью существующих на сегодняшний день приборов. Тем не менее, наблюдая за гравитационными эффектами, которые темная материя оказывает на другие космические объекты, ученые рассчитали, что она действительно существует, составляя 25,9% материи Вселенной. В последнее время возникло немало новых интересных гипотез относительно этой загадочной субстанции. Если они подтвердятся, ученым придется пересмотреть большинство классических теорий о происхождении Вселенной и роли в ней темной материи.
Одна из самых волнующих гипотез заключается в том, что темная материя может быть связана с формированием так называемых кротовых нор, временных туннелей, через которые можно попасть в другие измерения. Впервые о существовании таких "мостов" между двумя точками Вселенной упомянули физики Альберт Эйнштейн и Натан Розен. По их версии, кротовые норы могут представлять собой своеобразную трубу с двумя входами (одно наше измерение, второе - иное). Как показали расчеты, такие туннели проходные, то есть объект (космический корабль), может войти с одного конца и выйти с другого.
В новом исследовании группа ученых из Италии, Индии и США вслед за Эйнштейном предположила, что вся наша галактика является проходимой кротовой норой, через которую космический корабль может пролететь в другое измерение. Гипотеза, опубликованная в издании Annals of Physics, основана на новейших моделях развития Вселенной и исследованиях темной материи. "Мы объединили карту распределения темной материи в Млечном Пути с самой последней моделью Большого взрыва, сопоставили данные с гипотезой пространственно-временных тоннелей и получили результаты, указывающие на то, что наша галактика, по всей видимости, содержит один из этих туннелей. Более того, он может быть размером с саму галактику", - говорит один из авторов работы, профессор из Международной школы передовых исследований Паоло Салуччи.
Он добавляет, что поскольку в формировании галактики первостепенную роль играет темная материя, она, несомненно, участвовала и в образовании временных туннелей. Салуччи, как и Эйнштейн, считает, что кротовые норы проходные и через них можно путешествовать во времени.
Не менее интересной является версия, что на темную материю может распадаться бозон Хиггса - элементарная частица, придающее другой элементарной частице массу, чтобы стать строительным материалом для материи Вселенной. Бозон Хиггса обнаружили в Большом адронном коллайдере, до того как он был закрыт на реконструкцию. После того как месяц назад после двухлетнего перерыва его запустили на полную мощность, вдвое большую чем раньше, у исследователей появились реальные шансы проникнуть в тайны Вселенной.
В планах ученых, работающих на БАК, - проверить гипотезу шведского ученого Кристоффера Петерссона из Технического университета Чалмерса, который предположил, что бозон Хиггса может распадаться на частицы темной материи. Он говорит, что Стандартная модель физики элементарных частиц хороша для описания природы вещей на субатомном уровне, она определяет понимание квантового мира, однако не способна доказать или опровергнуть существование темной материи. По мнению Петерссона, бозон Хиггса может распадаться на фотоны, то есть частицы света, и частицы невидимой темной материи. Доказать такую теорию может только Большой адронный коллайдер. Две независимые экспериментальные установки БАК - ATLAS и CMS, будут проверять модель Петерссона. Если она подтвердится, это кардинально изменит представление ученых о фундаментальных строительных блоках природы и внесет коррективы в Стандартную модель.
Спутники GPS крайне важны для навигации, однако исследователи нашли им еще одно применение: технология может использоваться для обнаружения и исследования темной материи. Недавно ученые предположили, что темная материя это не частицы, как принято считать, а некое гигантское газоподобное скопление энергии. По словам профессора из Университета штата Невада Андрея Деревянко, если это действительно так, то ее можно обнаружить с помощью сети чувствительных атомных часов на GPS-спутниках. Когда часы рассинхронизируются, это будет означать, что в данном месте прошла темная материя. По сути, GPS-спутники будут использоваться как крупнейший детектор темной материи. Ученые проанализируют данные с 30 GPS-спутников и пытаются с их помощью проверить свою теорию. Полученные данные помогут понять, что собой представляет темная материя и как она распределяется во Вселенной.
А недавно ученые из Университета Портсмута пришли к шокирующему заключению, что темную материю пожирает темная энергия. Это замедляет рост галактик и в конце концов может опустошить Вселенную, ведь темная материя является основой построения галактик и всего, что в них находится.
Ученые установили, что в последние годы количество темной материи постепенно уменьшается. По словам директора Института космологии и гравитации в университете Портсмута Дэвида Вондса, виновником исчезновения темной материи, вероятнее всего, является темная энергия, которая обладает отрицательным давлением, а, следовательно, и антигравитацией. Соответственно темная энергия не притягивает к себе объекты, а наоборот отталкивает их, чем и объясняется постоянное расширение Вселенной. "Если объем темной энергии растет то объем темной материи уменьшается, и в итоге мы получим Вселенную, в которой практически ничего нет. Это случится в результате того, что темная материя является основным элементом для таких процессов как формирование планет", - поясняет Вондс.
Эта теория вынуждает пересмотреть классическую модель расширения Вселенной, которая предполагает, что Вселенная постоянно расширяется и ее расширение подпитывается темной энергией, которая не взаимодействует с остальным веществом в пространстве. Однако данные, переданные спутником Plank, подтверждают взаимодействие между темной материей и темной энергией. Вероятнее всего, темная энергия непрерывно поглощает темную материю.
Астрономы из Научной школы Ренсселера предположили, что Млечный Путь может быть наполовину больше, чем считалось ранее. Результаты своих исследований авторы опубликовали в Astrophysical Journal. К такому выводу ученые пришли, рассмотрев в ходе реализации астрономического проекта Sloan Digital Sky Кольцо Единорога - цепочку из звезд, которая окружает Млечный Путь. Новый анализ данных показал, что Кольцо Единорога по сути является частью нашей галактики. Это означает, что Млечный Путь как минимум на 50% больше, чем принято считать, а диаметр нашей галактики увеличивается с 100-120 тыс. световых лет до 150-180 тыс. Участник исследования, астрофизик Хайди Ньюберг из Научной школы Ренсселера говорит, что в ходе исследований наблюдалось по меньшей мере четыре впадины в диске Млечного Пути, посредством которых он соединяется с Кольцом Единорога. Ученые полагают, что такие впадины вызваны куском темной материи, рассекшей Млечный Путь. Если эта теория окажется верной, концентрические впадины Млечного Пути помогут ученым проанализировать распределение темной материи в нашей галактике.
