Уважаемые читатели, в целях эксперимента мы решили предоставить слово Ершову Геннадию автору книги «Как рождалось Солнце», где он в 3-х статьях пояснит «Почему материя темная». Его теория показалась нам интересной и достойной внимания. Заранее хотим вас уведомить, что мы не несем ответственности за достоверность излагаемого материала. Редакция канала SFERA – Pro Космос
Данная диаграмма, когда попадает на глаза, то всегда ввергает в лёгкий шок. На указанном диске только 0,4 процента всей видимой материи падает на звёзды, то нам на этом диске, точнее в этом мире, в этой Вселенной, места уже нет. Уважающие себя учёные при такой процентовке, вычеркнули своё существование вместе с планетой Земля и другими планетами, которые в сравнении со звёздами ничего не весят. В Солнечной системе почти вся масса сосредоточена в Солнце – 99,866%. На планеты приходится ничтожный процент, а люди на одной из планет, очевидно, находятся в жёлтом секторе диска и являются невидимками, иначе – тёмными обитателями. Следуя данной диаграмме, мы живём в эпоху тёмной материи и тёмной энергии, и после этого смеем утверждать, что эпоха тёмного средневековья давно прошла.
Однако, нужно выбираться на светлую сторону. Солнце – рядовая звезда, относится к жёлтым карликам из 200 миллиардов звёзд только в галактике Млечный Путь. Подсчитывая сами галактики, учёные сбились со счёта, поэтому предполагают, что во Вселенной около 2-х триллионов галактик. Возникает резонный вопрос: почему так ничтожно мало видимой (барионной) материи, но зато 95% тёмной массы-материи? Создаётся впечатление, что нас накрыли тёмным куполом, через который тускло просвечивает межзвёздный газ, а звёзд не видно вообще, при этом расчётчики находятся внутри этого купола.
4 процента видимой звездной материи вместе с газом – это нонсенс.
Возникла весьма неприглядная картина, сначала выкинули своё присутствие из этого мира, решая математические задачи, а потом кто-то за нас нарисовал такую красивую диаграмму, может инопланетяне? Это равносильно – мы тут повычисляли, а что из этого получилось – нас уже мало волнует.
Нет, конечно волнует, иначе мы бы не искали с таким усердием эту тёмную материю вместе с энергией. Получается, как в знаменитой песне – «тёмные силы нас злобно гнетут!» Ну ладно нас русских они продолжают «гнетить», так под них же попадает всё мировое человечество. Несправедливо, могли бы сказать зарубежные космологи, а они, наоборот, двумя руками поддерживают гипотезу БВ, ЧД и тёмной материи, где шведский щедрый комитет не скупится на медали. Парадокс!
В марте 2013 года, опираясь на наблюдения космической обсерватории «Планк», данные на диаграмме были уточнены и интерпретированы с учётом стандартной космологической модели Лямбда-CDM. Тёмная энергия составляет 68,3% энергетического содержания Вселенной, что несколько ниже относительно прежних оценок, при этом доля тёмной материи увеличилась с 22,7% до 26,8%, а доля обычной (барионной) материи также незначительно увеличилась с 4,5% до 4,9%.
Слово «тёмная» означает только одно, что материя не проявляется ни в одном диапазоне электромагнитных волн, ни оптическом, ни инфракрасном, ни радио, ни ультрафиолетовом, ни рентгеновском. Учёные поставили нас перед фактом некой симуляции божественной силы, но сам-то Бог непогрешим.
Тёмная материя присутствует не в обличии звёзд и планет, а чего-то неизвестного. Теоретическая модель показывает, что во Вселенной слишком мало видимой материи. Это не тёмные облака, принадлежащие обычной материи и состоящие из частиц, называемых барионами. Мы могли бы обнаруживать такие облака по степени поглощения излучения, проходящего через них. Наконец, тёмная материя – это не антиматерия, т.к. не наблюдаем аннигиляции с материей. Большие чёрные дыры размером с галактику также исключаем в виду их отсутствия.
История скрытой материи насчитывает не одно столетие. Все мы помним, как была открыта планета Нептун, которая искажала орбиту Урана. Отличились француз Леверье и англичанин Адамс, почти одновременно вычислив местоположение новой планеты на карте неба в 1846 году.
Вторым ярким примером является открытие спутника яркой звезды Сириус, который слегка сбивал основную планету с прямолинейного пути. Немецкий астроном Ф. Бессель предположил, что возмутителем спокойствия является невидимый спутник, который и был вскоре обнаружен американским астрономом А. Кларком. С такой «тёмной материей» астрономы быстро разобрались, превратив её в светлую!.
Современная история затемнения начиналась в 3-м десятилетии XX века, т.е. сто лет назад, и ясности до сих пор нет. В 1922 году Якубус Каптейн, затем Джеймс Джине исследовали динамическую структуру Млечного Пути и выяснили, что в галактике присутствуют «тёмные звёзды», чья масса превышает массу светящихся звёзд.
Первооткрывателем скрытой массы на внегалактических масштабах был американский астрофизик европейского происхождения Фриц Цвикки, который в 1933 году проанализировал радиальные скорости 8 галактик в скоплении Кома в созвездии Волосы Вероники. При расчётах обнаружилось, что масса скопления, определённая из скорости движения галактик (динамическая масса), во много раз больше массы, вычисленной с помощью оценки светимости звёзд. Разброс скоростей оказался весьма велик – около 1000 км/с.
Из наблюдаемого факта Цвикки заключил, что полная масса скопления должна быть в 400 раз больше, при условии, что скопление в целом находится в равновесии – не сжимается и не разлетается. Следует учесть, что Цвикки использовал сильно завышенное значение постоянной Хаббла. Через три года американский астроном Синклер Смит в скоплении галактик в Деве (ближайшее скопление к Млечному Пути), получил подобный результат. Астроном отметил, что в скоплении присутствует много межгалактического вещества.
«Тёмная материя» (Dark matter) – впервые это словосочетание применил шведский астроном Кнут Эмиль Лундмарк в 1930 г. Через год данный термин использовал его коллега Ян Оорт – будущий иностранный член АН СССР.
В 1939 году Хорее Бэбкок опубликовал подробную кривую вращения галактики Туманность Андромеды. Скорость вращения определялась по доплеровскому смещению спиральных линий расстояния от центра. Кривая вращения периферийных галактик, удалённых на большом расстоянии от центра, показывала, что скорость вращения, вопреки ожиданиям, не спадала. Через год Оорт пришёл к аналогичному результату, исследуя кривую вращения внешних областей галактики NGC 3115.
До войны новое словосочетание Лундмарка было практически не замечено, также как оригинальная работа Цвикки. Начавшаяся война отодвинула дальнейшие исследования в данном направлении.
Спустя два десятка лет в 1959 году Кан и Вольтьер предположили, что сближение двух галактик Млечный Путь и Туманность Андромеды вызвано взаимным притяжением. Оценка суммарной массы от взаимодействия оказалась в несколько раз больше, чем масса сложения их по отдельности. Исследователи сделали заключение, что недостающая масса присутствует в виде гало от горячего газа, окружающего данные галактики.
Вплоть до 70-х годов прошлого века астрономы в своих публикациях старались обходить слово «тёмная», считая его оригинальным, в надежде, что вот, вот откроется та истинная материя, которая пока не подтверждалась в теоретических расчётах, вопреки телескопическому сканированию некоторых спиральных галактик.
Но время шло, а не светящаяся, гравитирующая материя в глубинах космоса никак не проявлялась. Вот тогда чисто теоретическая конструкция Цвикки стала укрепляться с быстро растущим и накапливающимся массивом астрономических и астрофизических данных.
В тот период авторы многих статей ссылаются на американского астронома Веру Рубин.
Скорость звезд должна снижаться по мере удаления от ядра галактик, однако вместо этого она остаётся более-менее постоянной. Как известно закон, сформулированный И. Кеплером (1571–1630), звучит следующим образом: «скорость вращения планет падает с увеличением расстояния от Солнца», т.е. увеличение расстояния в четыре раза вызывает уменьшение скорости вращения в два раза.
В настоящее время актуальной является гипотеза, согласно которой галактические гравитационные поля создаются невидимыми частицами, ускользающими от наблюдения. Их-то теперь и называют тёмной материей. Новые частицы – это сейчас некая столбовая дорога, по которой пытается проехать наука для объяснения существования тёмной материи.
В поисках тёмной материи, поскольку у неё не обнаруживалось барионных корней, учёные всё больше сосредотачивали внимание на нейтрино и других экзотических частицах. Эти частицы должны обладать массой в сотни и тысячи раз больше массы протона, но с обычной материей они взаимодействуют только гравитационно. Предполагаемыми кандидатами на роль таких частиц являются – нейтралино, аксино, аксионы, вимпзилло, гравитино, и т.п.
На роль тёмных частиц претендует ещё одна категория экзотических массивных частиц WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). На поиск этой частицы уже потрачены многие годы.
Частица вимп противоестественно избирательна, она не участвует ни в каких взаимодействиях с материальным миром, кроме гравитационного, поэтому на физическом уровне не обнаруживается. Притом, судя по тому, как вимпы в галактиках разгоняют периферийные звёзды до огромных скоростей – этих частиц должно быть невероятно огромное количество. В связи с этим вводится понятие тёмного галактического гало, состоящего из невидимых частиц, объектов, компенсирующих недостающую массу видимой материи. Размер такого гало оценивается в 50 килопарсек, т.е. оно должно занимать пространство намного дальше видимой части галактики.
Вимпы пытаются обнаружить и открыть с помощью мощнейших инструментов, включая Большой адронный коллайдер, так и косвенно, по продуктам редких взаимодействий с видимой материей. Для чего в разных странах понастроили подземные детекторы частиц тёмной материи, по сути – это пассивные наблюдательные инструменты. Увы, в обоих направлениях результат отрицательный.
Тогда детекторы начали запускать в космос, ставить на отдельных спутниках, так и на международной космической станции. В 2011 году для поиска частиц тёмной материи с помощью Шаттла на МКС был доставлен бочкообразный магнитный спектрометр. Его вес почти 7 тонн, стоимостью 2 млрд долларов. (Интересно, американцы установили этого мастодонта с молчаливого согласия России или по собственной инициативе. Теперь нашим «Прогрессам» все чаще приходится поднимать станцию на стационарную орбиту).
Остаётся ещё одно место, куда стоит установить подобное «сито» – это Луна. И там учёные уж точно поймают неуловимые частицы, которые «ответят» за всё – за потерянное время, за потраченные материальные ресурсы и, прежде всего, за тёмную материю!
Мой скепсис натыкается на аналогию с гравитоном – трудно отыскать то, чего в природе не существует.
Тем не менее, учёные не унимаются и продолжают поиск, они понастроили массу подземных лабораторий по всему свету. Всем известный итальянский детектор DAMA в полутора километровой толще горы Гран-Сассо. Американский детектор LUX установлен на глубине полутора километров в шахте бывшего золотого рудника Хоумстейк в американском штате Южная Дакота. Рабочее тело эксперимента – жидкий ксенон весом 370 кг.
Всякая охота увлекательна, что с ружьём на дичь, что с детектором на тёмную материю. Вот и российские учёные увлеклись этим видом «спорта» и подошли весьма изобретательно, они решили порыбачить вимпов и нейтрино в Байкале с помощью глубоководного нейтринного телескопа мультимегатонного масштаба. Телескоп BAIKAL-GVD состоит из восьми вертикальных тросов-стрингов, на которых, как гирлянды висят оптические модули – 36 на каждом. Гирлянды развешаны на расстоянии 15 метров. Модули организованы в секции по 12 штук, логически и физически связаны между собой. Сигналы отправляются в свой центральный мастер-модуль, где информация обрабатывается и передаётся в основной модуль на центральном тросе, откуда по оптоволоконному кабелю отправляется на компьютеры береговой базы.
В России есть и детектор шахтного типа. Баксанская нейтринная обсерватория (БНО) ИЯИ РАН, одна из старейших – работает с 1973 г. У подножия горы Андырчи выстроен жилой посёлок с характерным названием «Нейтрино», население которого обслуживает несколько наземных и подземных лабораторий, в поисках неуловимых частиц.
Охота на вимпов, почти как охота на ведьм – успехов не приносит. С другой стороны, учёным должна подсказывать логика, если тёмная материя никак себя не проявляет ни в каком электромагнитном диапазоне, то что-то не так с вашими теориями.
Теории требуют, чтобы ротационные кривые стремились к нулю, но они выходят на плато (рис. 2). Может ли во Вселенной быть больше массы, чем мы предполагаем, или сами теории гравитации неверны?
Начнём с ОТО Эйнштейна, с искривлённым пространством-временем. Уравнения ОТО никак не помогают в «осветлении» тёмной материи. Многочисленные попытки модификации уравнений ОТО привели к тому, что в уравнение поля требовалось добавить дополнительное слагаемое в качестве поправки. Такая поправка должна соответствовать необходимой, хоть и ненаблюдаемой массе. Поправка к массе, т.е. искусственное увеличение барионной материи, должна как бы подтверждать присутствие реальной материи, но это очередная подпорка, которая Природе неведома и противоречива.
Здесь следует посмотреть в корень этой теории, в которой объекты, имеющие массу, изгибают, искривляют ткань пространства-времени. Чем больше масса, тем больше прогиб. Отсюда, снова смотрим на диаграмму (рис. 1), т.е. чтобы получить 100% видимой материи-энергии, следует изогнуть это пространство-время в 19 раз сильнее.
Чем будем изгибать? Может призвать Архимеда с его рычагом. А потом, даже если удастся провести такой силовой приём с архимедовой или с божьей помощью, то пространство должно свернуться и уменьшиться, в которое уже не поместится вся Вселенная. Поэтому с Природой не следует проводить такие эксперименты, а проще и правильней задвинуть ОТО с её тензорами кривизны в самый дальний ящик стола. Не следует заставлять материю искривляться без какой-либо энергии и невесть откуда появившимися силами. В своё время А.С. Эддингтон кратко и ёмко высказался относительно ОТО: «красивый, но бесплодный цветок».
Не нужно трогать Природу, разделять, соединять, изгибать пространство, а постараться понять её. Не следует пытаться властвовать над ней. Эти фокусы с ней не проходят, они пригодны лишь в социуме, да и то не всегда.
Интересную фразу высказал Дмитрий Поляков:
В 1977 году Р. Талли и Д. Фишером была опубликована статья, где эмпирическим путём было получено соотношение, связывающее массу или собственную светимость спиральной галактики и скорость её вращения L~(vmax)n. Показатель степени n зависит от излучения и находится в диапазоне полосы от 3 до 4,2.
Талли и Фишер рассматривали светимость в оптическом диапазоне спектра, но дальнейшие исследования показали, что зависимость является более тесной для инфракрасного и микроволнового диапазонов спектра. Подобный вид зависимости называется барионным соотношением (зависимостью) Талли–Фишера, в соответствии с которым полная барионная масса галактики пропорциональна скорости вращения в степени 3,5-4 (обычно используют n≈4). Данная зависимость может быть использована для определения расстояния до спиральных галактик.
Исходя из приведённого соотношения, выясняется, что полная масса галактик пропорциональна четвертой степени от их скорости вращения на периферии. Получается, нет необходимости привлекать тёмную материю. В то же время, прибегнув к закону Кеплера, видим, что масса, делённая на радиус, пропорциональна квадрату скорости вращения и это тоже подтверждается экспериментально, вот в чём парадокс.
В 1983 г. израильский физик М. Милгром создал специальную теорию тяготения MOND, пытаясь модифицировать второй закон Ньютона, который бы обеспечил выполнение закона Талли-Фишера. Однако в его теории возникли серьёзные трудности, противоречащие закону сохранения импульса.
Помимо MOND, разработаны и другие теории гравитации, которые пытаются объяснить тайну кривых вращения (рис. 2). В настоящее время теория MOND и другие на её основе не имеют поддержки среди космологов. Всевозможные альтернативные модели гравитации не могут дать ответ без поправок на тёмную материю.
Продолжение в следующей статье
❗️ Ставьте
