Темная материя, или Призрак Вселенной
Видите темную материю? А она есть! Выставите руку перед собой. Прямо сейчас сквозь нее пролетели частицы темной материи. Ее не видно, как нейтроны и протоны, но их хотя бы можно найти. А что же такое темная материя? Чтобы ответить на этот вопрос мы поговорили с экспертами и побывали в Планетарии № 1.
Темная материя – это частицы. Они имеют массу, гравитацию, но не участвуют в электромагнитном взаимодействии, поэтому недоступны для наблюдения. Так с чего же мы взяли, что они вообще существуют? Есть два исследования, с которых началось изучение темной материи.
В 1937 году астрофизик Фриц Цвикке опубликовал одно из первых исследований темной материи. Изначально Цвикке занимался исследованием скорости вращения галактик в скоплении Волосы Вероники. Он заметил, что галактики на периферии кластера двигаются настолько быстро, что видимой массы и, соответственно, гравитации в теории недостаточно, чтобы удержать их. Результат вычислений оказался гораздо больше спрогнозированного. Это означало, что реальная масса скопления гораздо больше видимой. Большая часть материи невидима и проявляет себя только гравитационно. Ученое сообщество решило, что это влияние темной материи.

Фриц Цвикке

Вера Рубин
А в 70-х годах ХХ века астроном Вера Рубин изучала скорость движения звезд в галактиках. По законам Кеплера скорость движения объектов в галактике должна уменьшаться по мере удаления от центра. Например, скорость вращения Меркурия вокруг Солнца – 48 км/с, а Плутона – 4,7 км/с. Измерения Рубин показали, что скорость почти не изменяется во всей галактике, как и плотность вещества. Как будто вокруг галактики было «облако», которое заставляло звезды двигаться гораздо быстрее, чем они должны исходя из массы звездного диска. Ученые убедились в правильности результатов Рубин, и начались теоретические исследования и наблюдения темной материи.
– Темная материя – это особая форма материи. Практическая польза от нее может заключаться в ее использовании в качестве нового источника энергии, в том числе для дальнейшего освоения космоса, – считает кандидат технических наук, доцент Института ФПТИ Михаил Егоров.
С появлением этого понятия во многих астрофизических теориях исчезли несостыковки. Темная материя находится вне стандартной модели частиц и почти никак не взаимодействует с другими веществами, поэтому ее сложно обнаружить. Есть три модели детектирования частиц: прямая модель, производство частиц и косвенное обнаружение. При прямом детектировании строится огромный резервуар с чувствительными детекторами по всей поверхности. А дальше просто надо ждать, пока частицы столкнутся и выбросят фотоны.

Производство – это самая интересная модель. Для нее был построен большой адронный коллайдер. Идея экспериментов в нем заключается в том, чтобы столкнуть частицы с высокой энергией и попытаться зарегистрировать эффект. Коллайдер – это огромный тоннель, по которому на скорости, максимально приближенной к скорости света, разгоняют пучки протонов. По всему кольцу коллайдера расположены магниты, которые их разгоняют. Мощности этих магнитов хватит, чтобы разогнать Боинг! Пучки двигаются в противоположных сторонах и иногда сталкиваются. Эффект от столкновений регистрируют детекторы.
– Большой адронный коллайдер предназначен для уточнения представлений о взаимодействии фундаментальных частиц и их свойствах. В частности, это изучение тяжелых элементарных частиц, кварк-глюонной плазмы и других, – считает Михаил Егоров.
В 2021 году планируется запуск улучшенного коллайдера. И хотя пока ученые не могут найти применение ни темной материи, ни многим другим явлениям, наука не стоит на месте, сейчас она развивается с огромной скоростью. Возможно, уже в ближайшем десятилетии ученые большого адронного коллайдера обнаружат частицы темной материи.

Кстати, если вы заинтересовались темой темной материи, обязательно сходите в Планетарий №1 на фильм «Призрак Вселенной: в поисках темной материи». Вы точно откроете для себя много нового!

Made on
Tilda