Движение галактик в скоплениях

Галактики в скоплении движутся под воздействием тяготения друг к другу. Астрономы вычисляют скорости галактик, исходя из массы газа между галактиками и массы всех звезд и газа в каждой галактике.

Однако наблюдая скопления, астрономы обнаружили, что некоторые галактики движутся с необычайно высокими скоростями. Все звезды и газ скопления не могут удержать галактики от разлета, если они движутся так быстро.

Чтобы галактики оставались в скоплении, необходимо добавочное тяготение. Астрономы предположили, что его создает какое-то несветящееся, невидимое вещество.

Темная материя

Невидимое вещество имеет огромную массу. Астрономы считают, что она почти в сто в раз больше массы звезд и газа в галактике. На долю светящегося вещества приходятся только сотые доли общей массы галактики.

Звезды и газ видны, потому что они излучают, поэтому их называют видимой материей. Невидимое вещество астрономы называют темной материей, а его массу - скрытой массой.

Видимая материя в основном сосредоточена в центральной части галактики. Темная материя распределена по галактическим окраинам. Каждую галактику окружает огромная корона несветящегося вещества – темной материи. Короны вокруг галактик в астрономии называются гало. Гало из темной материи имеют галактики всех типов.

Из чего состоит темная материя

Темная материя проявляется только благодаря тяготению, которое она создает. Исходя из ее тяготения, астрономы определили примерную массу темной материи, или скрытую массу. Но что представляет собой темная материя, физики и астрономы пока не знают. Они считают, что темная материя может быть двух видов. Они называются барионная темная материя и странная темная материя.

Барионная темная материя

Барионы – это элементарные частицы, которые составляют ядра атомов - протоны и нейтроны. Барионное вещество - это та самая материя, из которой состоит все вокруг нас: звезды, наше Солнце с планетами, мы сами.

Барионная темная материя – это обычное, но плохо видимое вещество. Во Вселенной есть не только звезды. Там существует пыль, астероиды, коричневые и белые карлики (звезды, которые не зажглись и угасшие холодные звезды). Все это вещество трудно различимо. Оно и составляет барионную темную материю.

Астрономы примерно представляют, сколько может быть во Вселенной этого вещества. И оказалось, что его совершенно недостаточно, чтобы создать тяготение, которое удерживало бы высокоскоростные галактики в скоплениях, или высокоскоростные звезды в галактиках.

Тогда астрономы предположили, что барионное темное вещество собрано в огромные глыбы. Они заполняют гало галактик. Эти глыбы не видны, но их можно обнаружить.

Как ищут барионную темную материю

Тяготение массивных глыб искривляет лучи звезд (это следует из общей теории относительности Эйнштейна). Если глыба окажется на одной линии между телескопом и звездой, то свет звезды сфокусируется глыбой, как линзой, и звезда позади глыбы внезапно станет ярче. Массивная глыба становится маленькой линзой, но не обычной, а гравитационной.

Звезда, глыба темной материи и телескоп через некоторое время сдвинутся с прямой линии, потому что они движутся, и звезда опять станет тусклой.

Это явление называется микролинзированием. Его и использовали для поиска глыб темного вещества.

Астрономы нашли звезды, которые внезапно становились ярче, и обнаружили этим методом несколько огромных глыб темного вещества в гало нашего Млечного Пути. Но этих глыб тоже слишком мало, чтобы объяснить тяготение темной материи.

Странная темная материя

Темная материя второго вида состоит из частиц, совсем непохожих на те, из которых состоят атомы окружающего нас вещества. Эти частицы еще даже не открыты. Физики предполагают, что они существуют, и ставят эксперименты, чтобы их обнаружить, но ни одна из них пока не найдена.

Физики полагают, что эти частицы могут быть двух видов. Одни из них очень легкие, их массы гораздо меньше, чем массы известных элементарных частиц. Эти очень легкие частицы называются аксионы. Если таких легчайших частиц-аксионов очень много, то они могут составить большую массу и создать заметную гравитацию.

Другие частицы, из которых может состоять странная темная материя, не такие легкие. Они в 10 раз тяжелее, чем протоны. Поэтому их называют массивными. Называются эти массивные частицы скварки и фотино. Но и этих частиц должно быть очень много чтобы создать скрытую массу.

Скварки и фотино очень мало взаимодействуют друг с другом и с любыми другими частицами. Физики говорят, что они слабо взаимодействуют. Поэтому их общее название – слабо взаимодействующие массивные частицы. По-английски это Weakly Interacting Massive Particles. По первым буквам этих слов все такие частицы называются WIMP (по-русски читается вимп).