2019 Фотографии на космическую тематику за сентябрь 2011

Что такое «тёмная материя»?
Темная материя - в астрономии и космологии, это гипотетическая форма материи, которая не испускает и не взаимодействует с электромагнитным излучением. Это свойство этой формы вещества делает невозможным прямое наблюдение, но возможно обнаружить присутствие тёмной материи по создаваемой ею гравитационным эффектам.
Обнаружение тёмной материи поможет решить проблему скрытой массы, которая в частности заключается в аномально быстрой скорости вращения внешних областей галактик.¹
Опять-таки, это пока лишь теоретически существующая форма материи, невидимая, неизлучающая, взаимодействующая с «обычной» материей лишь через гравитацию.
Согласно последним выкладкам астрономов, на долю «тёмной материи» может приходиться до 90% существующего во Вселенной вещества (стало быть, оставшиеся 10% - это «обычная» материя).²
Тёмная материя - пока единственное объяснение особенностям вращения галактик и даже самого их существования в том виде, в котором они представляются нам - а вернее, могучим оптическим и рентгеновским телескопам, вроде Hubble и Chandra.
Например, некоторое время назад орбитальная рентгеновская обсерватория Chandra изучала галактику NGC 720. В результате наблюдений выяснилось, что она окутана несколько сплющенным, эллипсоидным облаком раскалённого газа, чья ориентация отличается от ориентации видимой части галактического вещества. Учёные тогда решили, что это явление можно объяснить только одним способом: газовое облако заключено в яйцеобразный кокон тёмной материи, который играет роль источника дополнительной гравитации. Не будь этого кокона, газ просто бы разлетелся во все стороны.

В 2008 году в журнале Nature международной группой астрономов, в которую вошли ученые из Германии, Великобритании, США, Канады и Нидерландов была опубликована статья, в которой они сообщили, что моделирование с помощью одного из самых мощных европейских суперкомпьютеров позволило ученым предсказать, где во Вселенной можно обнаружить темную материю.
Ученые изучали процесс формирования гало, сферы из темной материи, окружающей галактику, масса которой в триллион раз превышает массу Солнца. Модель показала, что гамма-излучение, порождаемое столкновениями частиц в областях с высокой плотностью темной материи, лучше всего наблюдать в районах галактики, расположенных между Солнцем и ее центром.
Авторы статьи полагают, что гамма-телескоп Ферми может обнаружить в этой части галактики гамма-излучение темной материи и «разглядеть» ее скопление, расположенное очень близко к Солнцу.
Темная материя Вселенной

Также в 2008 году израильские астрономы наблюдали 14 карликовых галактик, расположенных почти на одной линии длиной около 1,5 миллионов световых лет. Они обнаружили, что после миллиарда лет отсутствия активности, примерно 30 миллионов лет назад в них снова начался процесс формирования звезд, причем одновременно во всех галактиках.
« Это очень странная вещь. Обычно нельзя ожидать, что в галактиках, никак не связанных друг с другом, начнутся одновременно процессы рождения звезд», - считает один из авторов исследования Ной Брош (Noah Brosch) из университета Тель-Авива, слова которого приводятся на сайте журнала New Scientist.
Как полагают ученые, синхронизация произошла благодаря общему «мосту» из темной материи, связывающему галактики. В этом случае большое облако газа могло бы сконденсироваться под действием гравитации темной материи и вызвать процессы, приводящие к появлению новых звезд. Само по себе газовое облако не может оказать подобный эффект из-за слишком разряженного состояния материи.

"Тёмная материя".

Елена Александровна Биттнер: Эта статья написана для тех, кто путается в понятиях «тёмная материя», «первичные материи», «тёмная энергия», так как привычка воспринимать информацию в строго отформатированной подаче за подписью авторитетных авторов от официальной науки затрудняет понимание самого явления. Поэтому, разные спекуляции в подаче материалов на тему «тёмной материи» потребовали четкого аргументированного ответа.

В своей книге «Неоднородная Вселенная» Левашов пишет:

Цитата:

Где же и что же из себя представляют эти 90% материи Вселенной?

Современная наука решила вопрос очень просто — «dark matter». Материя Вселенной, которую мы не видим, не слышим, не осязаем. Именно эта «тёмная материя» и заключает в себе 90% материи Вселенной…

Так вот, «dark matter» представляет собой несвязанные (не взаимодействующие между собой) первичные материи нашей Вселенной

Давайте же разберёмся, что такое «тёмная материя» и насколько эта цитата соответствует действительности

Естествознание сейчас находится в начале нового, необычайно интересного этапа своего развития. Он замечателен прежде всего тем, что наука о микромире — физика элементарных частиц — и наука о Вселенной — космология — делают попытки стать единой наукой о фундаментальных свойствах окружающего нас мира. Различными методами они ищут ответы на одни и те же вопросы: какой материей наполнена Вселенная сегодня? Какова была её эволюция в прошлом? Какие процессы, происходившие между элементарными частицами в ранней Вселенной, привели в конечном итоге к её современному состоянию? Если сравнительно недавно обсуждение такого рода вопросов останавливалось на уровне гипотез, то сегодня имеются многочисленные экспериментальные и наблюдательные данные, позволяющие получать количественные (!) ответы на эти вопросы. Это — еще одна особенность нынешнего этапа: космология за последние 10–15 лет стала точной наукой. Для попытки установить, как возникла Вселенная, сотрудники ЦЕРН воссоздали условия субатомного взрыва – наподобие того, что, согласно принятой научной парадигме, породил все сущее. Взяв за исходный материал элементарные частицы свинца, физики с помощью 9,3 тыс. магнитов разогнали их до скорости света в 25-километровом ускорителе, после чего столкнули друг с другом в безвоздушном пространстве, охлажденном до температуры ниже -271°С . Как отмечает , выделенное при этом частицами тепло в 100 тысяч раз превысило температуру Солнца.

"Субатомные частицы такого рода – основные строительные элементы (материи), наиболее распространенные во Вселенной, – пояснила суть эксперимента представитель ЦЕРН Кристина Саттон. – Изучая их взаимодействие, мы можем узнать, из чего она состоит, а в один прекрасный день – выяснить, как все началось”.
Данные, полученные в результате эксперимента, оказались захватывающим зрелищем. Смоделированные компьютером изображения взрыва элементарных частиц напомнили ученым фейерверк в ночном небе – с той лишь поправкой, что световое шоу в абсолютной пустоте имело поистине космические масштабы. От себя добавим, что схематические варианты полученных изображений до боли напоминают тибетские мандалы или раскладки гаданий по системе И-цзин. Уже сегодня данные наблюдательной космологии имеют высокую точность; еще больше информации о современной и ранней Вселенной будет получено в ближайшие годы, если будет изменена основная парадигма мироздания.

Полученные в последнее время космологические данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре материи и о фундаментальных взаимодействиях элементарных частиц. Сегодня мы знаем всё или почти всё о тех «кирпичиках», их которых состоит обычное вещество — атомы, атомные ядра, входящие в состав ядер протоны и нейтроны, — и о том, как взаимодействуют между собой эти «кирпичики» на расстояниях вплоть до 1/1000 размера атомного ядра. Это знание получено в результате многолетних экспериментальных исследований, в основном на ускорителях, и теоретического осмысления этих экспериментов. Космологические же данные свидетельствуют о существовании новых типов материи, ещё не открытых в земных условиях и составляющих «тёмную материю» во Вселенной. Скорее всего, речь идет о целом пласте новых явлений в физике микромира, макромира и биоэнергетики и вполне возможно, что этот пласт явлений будет открыт в земных лабораториях при помощи нового теоретического подхода в недалеком будущем. Еще более удивительным результатом наблюдательной космологии стало указание на существование совершенно новой формы материи — «темной энергии».

Тёмная материя

«Темная материя» сродни обычному веществу в том смысле, что она способна собираться в сгустки (размером, скажем, с галактику или скопление галактик) и участвует в гравитационных взаимодействиях так же, как обычное вещество. Скорее всего, она состоит из новых, не открытых еще в земных условиях частиц, которые можно назвать гибридные материи, которые отличаются по своим качествам от материи физически плотного вещества, поэтому и не вступают в какое-либо взаимодействие с ним.. Помимо космологических данных, в пользу существования «темной материи» служат измерения гравитационного поля в скоплениях галактик и в галактиках. Имеется несколько способов измерения гравитационного поля в скоплениях галактик, один из которых — гравитационное линзирование, проиллюстрированное на рис.1.

Рис. 1 Гравитационное линзирование

Гравитационное поле скопления искривляет лучи света, испущенные галактикой, находящейся за скоплением, т. е. гравитационное поле действует как линза. При этом иногда появляются несколько образов этой удаленной галактики; на левой половине рис. 1 они имеют голубой цвет. Искривление света зависит от распределения массы в скоплении, независимо от того, какие частицы эту массу создают. Восстановленное таким образом распределение массы показано на правой половине рис. 1 голубым цветом; видно, что оно сильно отличается от распределения светящегося вещества. Измеренные подобным образом массы скоплений галактик согласуются с тем, что темная материя вкладывает около 25% в полную плотность энергии во Вселенной. Это же число получается из сравнения теории образования структур (галактик, скоплений) с наблюдениями.

Что представляют из себя частицы темной материи? Ясно, что эти частицы не должны распадаться на другие, более легкие частицы, иначе бы они распались за время существования Вселенной. Сам этот факт свидетельствует о том, что в природе действует новый, не открытый пока закон сохранения, запрещающий этим частицам распадаться.

Об этом же пишет академик Николай Левашов в своей работе «Неоднородная Вселенная»:

«Развитие научной мысли в 20 веке, как и в предыдущие века, требовало нового обоснования онтологической гипотезы. И она появилась случайно. Лоренц получил очередные математические преобразования, а Эйнштейн подвёл под них два постулата:

1. Пространство принимается изотропным, когда свойства его не зависят от направления и расстояния.

2. Скорость света принимается, как константа и, как максимальная скорость движения материальных объектов. Другими словами, скорость света не зависит от пространства.

Эта теория стала фундаментом представлений о природе пространства. Вместе с тем, некоторые открытия последней четверти двадцатого века и начала двадцать первого не находят объяснений в существующих постулатах.

Результаты анализа базы данных, полученных за пределами земной атмосферы посредством радиотелескопа, опубликованные в 1997 году американскими астрофизиками Боргом Родлангом и Джоном Ралстоном, свидетельствуют о том, что вселенная — неоднородна.

Эксперименты проведённые доктором Люджином Ванг в принстонском научно-исследовательском институте дали ошеломляющие результаты — пучки света перемещались в особой газовой среде со скоростью в 300 раз быстрее, чем теоретически допустимая скорость. В Италии, другая группа физиков получила данные о распространении микроволн со скоростью на 25 процентов выше теоретически допустимой.

Не избежала подобной участи и ядерная физика. Так, основной закон современной физики, закон сохранения материи, гласит, что материя ниоткуда не появляется и никуда не исчезает.

Аналогия здесь с законом сохранения электрического заряда: электрон — это легчайшая частица с электрическим зарядом, и именно поэтому он не распадается на более легкие частицы (например, гипотетическое нейтрино и фотоны), он посто появляется и исчезает, проявляя себя то как частица, то как волна). Далее, частицы «темной материи» чрезвычайно слабо (только косвенным образом) взаимодействуют с нашим веществом, иначе они были бы уже обнаружены в земных экспериментах. Дальше начинается область гипотез. Наиболее правдоподобной (но далеко не единственной!) представляется гипотеза о том, что частицы темной материи в 100–1000 раз тяжелее протона, и что их взаимодействие с обычным веществом по интенсивности сравнимо с взаимодействием нейтрино, что также лишь проявляется косвенным оьразом, так как нейтрино – только название материи, которая не поддается прямому обнаружению. Именно в рамках этой гипотезы современная плотность «тёмной материи» еще совсем недавно находило простое объяснение: частицы «темной материи» интенсивно рождались и аннигилировали в очень ранней Вселенной при сверхвысоких температурах (порядка 10¹⁵ градусов), и часть их дожила до наших дней. При указанных параметрах этих частиц их современное количество во Вселенной получается как раз такое, какое нужно. Но экспериментальные опыты, которые проводились на БАК, эту гипотезу не подтверждают, а задают всё новые загадки.

«Тёмная энергия»

В попытках найти логическое обоснование не логическим гравитационным взаимодействиям «темной материи», материи проявленной и незанятым материей пространством-вселенной, учеными вводится понятие «тёмная энергия».

«Темная энергия» — гораздо более странная субстанция, чем «тёмная материя». Начать с того, что она не собирается в сгустки, а равномерно «разлита» во Вселенной. В галактиках и скоплениях галактик её столько же, сколько вне их. Самое необычное то, что темная энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию. Учёные считают, что современными астрономическими методами можно не только измерить нынешний темп расширения Вселенной, но и определить, как он изменялся со временем. Так вот, астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что сегодня (и в недалеком прошлом) Вселенная расширяется с ускорением: темп расширения растет со временем. В этом смысле и можно говорить об антигравитации: обычное гравитационное притяжение замедляло бы разбегание галактик, а в нашей Вселенной, получается, всё наоборот.

Такая картина, вообще говоря, не противоречит общей теории относительности, однако для этого «темная энергия» должна обладать специальным свойством — отрицательным давлением. Это резко отличает её от обычных форм материи. Не будет преувеличением сказать, что природа темной энергии — это главная загадка фундаментальной физики XXI века. Еще можно добавить, что «тёмная энергия» это несвязанные формы первичных материй вселенной, которые совсем никак не взаимодействуют с гибридными формами материй.

Один из кандидатов на роль «темной энергии» — вакуум (полное отсутствие привычной нам формы материи, в том числе и «тёмной»). Плотность «энергии» вакуума (её объем) не изменяется при расширении Вселенной, а это и означает отрицательное давление вакуума. Другой кандидат — новое сверхслабое поле, пронизывающее всю Вселенную; для него употребляют термин «квинтэссенция». Есть и другие кандидаты, но в любом случае «темная энергия» представляет собой что-то совершенно необычное.