Тёмная материя
Учёные теперь в большинстве своём поддерживают мнение, что 90% массы во вселенной существует в скрытой, ненаблюдаемой форме.
Несмотря на наличие подробных карт ближней вселенной, которые покрывают спектр от радио до гамма лучей, мы можем увидеть только 10% всей массы. Как сказал астроном Bruce H. Margon из Вашингтонского Университета в интервью газете New York Times в 2001 году: Довольно неловкая ситуация получается: мы не можем найти 90% вселенной.
Термин, определяющий эту потерянную материю - Скрытая масса, эти два слова хорошо передают всё то, что мы сейчас об этом знаем. Это материя, потому что мы можем видеть результаты её гравитационного влияния. Она ничего не излучает, никакого регистрируемого приборами электромагнитного излучения, следовательно она тёмная, или скрытая. Есть несколько теорий этой потерянной массы, начиная от экзотических субатомных частиц или популяций изолированных чёрных дыр, и заканчивая менее экзотическими коричневыми и белыми карликами. Термин потерянная масса был бы неправильным, так как сама материя никуда не исчезла, исчез только свет. Но что же такое на самом деле эта тёмная материя, и откуда мы знаем, что она существует, если мы не видим её?
История началась в 1933 году, когда астроном Fritz Zwicky изучал движение далёких и массивных кластеров галактик, точнее кластеры Coma и Virgo. Он оценил массу каждой галактики в кластере, основываясь на их свечении, и сложил их чтобы получить общую массу кластера. Далее он сделал второй, независимый подсчёт массы кластера, основываясь на распределении скоростей отдельных галактик в кластере. На его удивление, вторая динамическая масса была в 400 раз больше массы, определённой по свету.
Как и любое другое открытие, его в своё время проигнорировали, и только в семидесятых годах учёные начали исследовать это противоречие всесторонне. В это время теория о тёмной материи начала получать распространение. Существование такой материи не только решает проблему дефицита массы в галактических кластерах; но и имеет большое значение для познания дальнейшей эволюции вселенной.
Другой феномен - кривые вращения спиральных галактик. Спиральные галактики содержат большие популяции звёзд, которые расположены на орбитах галактических кластеров. Звёзды с большими галактическими орбитами имеют меньшие скорости вращения (третий закон Кеплера). Это правило применимо к звёздам, близким к периметру спиральной галактики, так как оно предполагает, что масса внутри орбиты постоянна.
Однако астрономические наблюдения показали, что звёзды не подчиняются третьему закону Кеплера. Вместо того, чтобы падать с удалением от центра, скорости звёзд на удивление постоянны, независимо от диаметра орбиты. Отсюда вывод, что масса, ограничиваемая орбитами с большим радиусом, увеличивается, даже для звёзд, которые располагаются на краю галактики. Поэтому галактика, похоже, не ограничивается своей светящейся частью, занимаемой звёздами, а продолжается далеко за эти пределы.
Вот ещё один пример: звёзды по периметру спиральных галактик движутся со скоростью в 200 км/с. Если бы галактика состояла только из материи, которую мы можем видеть, эти звёзды очень быстро улетели бы из галактики, так как их орбитальные скорости в четыре раза больше, чем скорость вылета из самой галактики. Так как галактики, как мы видим, не разлетаются во вращении, в них должна быть масса, которую мы не принимаем в при подсчёте всех видимых частей.
В литературе есть несколько теорий на этот счёт, например WIMP (Weakly Interacting Massive Particles - слабо взаимодействующие массивные частицы), MACHO (MAssive Compact Halo Objects - массивные компактные гало-объекты), изначальные чёрные дыры, массивные нейтроны и другие; каждая имеющая свои за и против. Нет теории, объясняющей всё, которую бы приняло всё астрономическое сообщество, так как нам недостаёт знаний для окончательного сравнения всех теорий друг с другом.
Вы можете увидеть галактические кластеры, изучавшиеся профессором Zwicky для познания скрытой массы. Используйте окно поиска объекта (F) для перехода к M 87 в кластере Virgo, и NGC 4884 - в кластере Coma. Вы также можете увеличить масштаб для лучшего рассмотрения галактик. Помните, что кластер Virgo выглядит на небе большим. В действительности, кластер Coma имеет большие размеры, только он удалён от нас.