Как будто недостаточно в мире странностей, связанных с тем, что космос заполнен невидимым и неуловимым веществом под названием "темная материя"! Теперь новая теория добавляет причудливости этой картине: подобное вещество, оказывается, блуждало по ранней Вселенной "подобно пьяному матросу".

Идея узнать что-то новое о неуловимом темном веществе (которое в гораздо большей степени распространено в космосе, чем вещество "нормальное"), промоделировав его возможное поведение с помощью компьютера, оказалась весьма плодотворной, несмотря на одно весьма беспокоящее физиков обстоятельство: никто не знает доподлино, что именно из себя представляет эта скрытая от взоров астрономов материя. Результат работы программы - некая компьютерная мультипликация, показывающая, как тысячи относительно маленьких и невидимых "галактик" из темного вещества развивались параллельно с эволюцией "обычной" Вселенной, и указывающая, где именно они концентрируются. По всему выходит, что невидимки, кроме прочих галактик, постоянно "крутятся" и около нашего собственного Млечного пути.

Чун Пэйма (Chung-Pei Ma), женщина-астроном, родившаяся на Тайване и работающая в Калифорнийском университете в Беркли, обнародовала свою новую теорию на прошлой неделе на встрече Американского физического общества (American Physical Society). Она предполагает, что частицы темной материи ведут себя подобно частицам пыли, хаотично блуждающим под воздействием соударений с молекулами воды в микроскопическом процессе, известном как броуновское движение.

Чун Пэйма описывает броуновское движение как подобие непредсказуемого пути пьяного моряка. Она и ее коллега из Массачусетского технологического института (MIT) Эд Берчинджер (Ed Bertschinger) с удивлением обнаружили, что основной принцип броуновского движения вполне может применяться и к галактической шкале, а полученные результаты соответствуют теоретическим выкладкам, согласно которым предсказывается существование "темных" спутниковых галактик.

Чун Пэйма и Берчинджер проследили, как в компьютерной модели вели себя миллионы частиц гипотетической темной материи за миллиарды прошедших лет. Многие из частиц срастались в единые группы массой в миллионы и в миллиарды наших солнц.

"Мы поняли, что движение темного вещества может быть описано статистически уравнением, подобным используемым для броуновского движения, - говорит Чун Пэйма. - Уравнение очень отличается от закона Ньютона для гравитации, используемого в компьютерной модели. Это не означает, что закон Ньютона неприменим, просто новое уравнение, которое мы нашли, дает нам новый язык для того, чтобы лучше описывать скопления темного вещества."

До недавнего времени предполагалось, что темное вещество распределяется равномерно в массивном ореоле вокруг каждой галактики. Чун Пэйма и ее коллеги показывают, что это не совсем верно. Такие ореолы действительно существуют, но состоят они из тысяч отдельных скоплений, которые можно воспринимать как своеобразные "темные" спутниковые галактики. Одна подобная гипотеза уже была выдвинута в 2001 году группой исследователей во главе с Нейлом Трентамом (Neil Trentham) из Кембриджского университета. Трентам заявил, что на каждую "нормальную", заполненную звездами галактику, может приходиться до 100 скрытых "галактик", которые содержат в основном материал, который мы не можем увидеть.

Галактики-спутники из темного вещества - если они существуют - не могут быть непосредственно обнаружены обычными телескопами, потому что они не содержат достаточно нормального вещества, чтобы обеспечить звездным топливом рождение обычных звезд. Впрочем, астрономы все-таки должны быть способны доказать присутствие некоторых из них. Их тяжесть должна изгибать световые лучи, путешествующие к Земле от еще более удаленных объектов, искажая и, возможно, увеличивая их видимые размеры. Это так называемый гравитационный эффект линзирования (lensing), он уже используется для изучения далеких целей, расположенных за видимыми галактиками или скоплениями галактик. Обнаружение и каталогизация этих "темных галактик" помогли бы исследователям понять, из чего такие "ошметки" сделаны (оценив их число, массы, распределение в пространстве и снова прибегнув к моделированию).

Ученые подозревают, что большая часть темного вещества все же представляет из себя крошечные частицы, которые вот-вот обнаружат. Двух основных кандидатов называют аксионами (axions) и нейтралино (neutralinos). Безотносительно к тому, что они из себя представляют, такие частицы должны взаимодействовать гравитационно с "правильным" веществом, потому что иначе трудно объяснить те высокие скорости, с которыми звезды двигаются вокруг галактических центров. Однако, частицы темного вещества, вероятно, не участвуют в электромагнитных взаимодействиях. Они не излучают и не отражают свет, это и объясняет, почему они до сих пор не были замечены. "Это представляет собой какую-то разновидность экзотической частицы, что-то пока недоступное нам," - говорит Чун Пэйма.

Источники:
Dark Matter Exposed: Animation Offers Clues to Cosmic Mystery - Space.com
Dark matter doesn't move in mysterious ways - Nature
Seeing in the dark - Economist

Ссылки:
Leading physicist awarded US prize - The Taipei Times
Темная сторона Вселенной - "Знание - сила"
Природа невидимой (скрытой) массы (материи) - "Научная Сеть"