Новая теория тёмной материи

Тёмная и нормальная материи взаимодействуют в гигантском столкновении двух кластеров галактик, наблюдаемых в видимом диапазоне (оранжевый и белый цвета). Большая часть нормальной массы кластеров (розовый) ассоциируется с горячим газом. Тёмная материя невидима, но проявляется (синий) благодаря эффекту гравитационного линзирования. Открытие в 2008 году, совершённое с использованием рентгеновской обсерватории NASA Chandra X-ray Observatory и других телескопов, предоставляет дополнительное доказательство существования тёмной материи

Среди наиболее поразительных, неожиданных и важных достижений прошлого столетия (или даже более) находится открытие тёмной материи и тёмной энергии, называемых общим термином "тёмная область" ("dark sector"). Около колоссальных 96% всей Вселенной принадлежит тёмной области. Тёмная материя невидима в том смысле, что она не излучает фиксируемых форм энергии (света, радиоволн…), но определённо существует, потому что её гравитация оказывает поддающийся измерению эффект на звёзды – объекты, которые можно наблюдать. Среди всей материи космоса 90% - это тёмная материя, в то время как галактики и светила являются незначительными "дополнениями". Пока науке неизвестно, что из себя представляет тёмная материя. По одной из версий, она состоит из элементарных частиц, отличных от входящих в атомы.

С другой стороны, тёмная энергия – это не форма материи вообще (и не буквально "тёмная" – это просто метафора, передающая её загадочность). Она является источником силы, ускоряющей расширение Вселенной, и, если основываться на текущих знаниях о физике элементарных частиц, происходит из вакуума, который имеет квантовые свойства, свидетельствующие о передаче энергии в космос. Альтернативная точка зрения заключается в следующем: тёмная энергия – свойство гравитации, которое обуславливает появление отталкивающих сил огромных масштабов.

Новую теорию о тёмной материи предложил Дуглас Файнкбейнер (Douglas Finkbeiner) совместно с тремя коллегами. Они приближённо описывают эту таинственную субстанцию с помощью удивительного предположения о существовании новой силы природы. На сегодняшний день известны всего четыре фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Последние два действуют в масштабах атомных ядер. Насколько можно судить, эти силы определяют всё, и учёные по большей части предполагают, что этот квартет в конечном счёте объяснит феномен тёмной области, учитывая подтверждение некоторых деталей физики частиц новым поколением ускорителей.

В своей статье исследователи построили предположения на данных из пяти недавних астрономических наблюдений, большая часть из которых касалась изучения энергетических аспектов и показала странные результаты, включающие избыточное количество высокоэнергетических электронов и позитронов в космическом пространстве. Эти частицы не могут быть объяснены обычными источниками, такими как сверхновые звёзды. Зато их могут испускать самоуничтожающиеся, аннигилирующие частицы тёмной материи, которые, как и в любых других формах материи, должны существовать в парах и разрушаться при контакте, как частица и античастица (например, электрон и позитрон). Даже без знания природы тёмной материи возможно сделать предположение о её вероятном поведении, чтобы не возникало противоречий с известными физическими принципами и наблюдениями. Самостоятельная теория учёных оговаривает существование пятой фундаментальной силы. Хотя подобный выход кажется экстравагантным решением, исследователи убеждают, что это относительно простое предположение, вписывающееся в рациональную картину физики частиц и одновременно разрешающее многочисленные независимые проблемы. В случае подтверждения новые идеи приведут к революции в понимании Вселенной. Работа, описывающая основные компоненты новой модели, свидетельствует о первом шаге, и последующими исследованиями может быть как отвергнута, так и продолжена.