Насколько процентов Вселенная состоит из тёмной материи

Вселенная состоит из тёмной материи
То что по большей части Вселенная состоит из тёмной материи хорошо видно на этом составном изображении ядра сливающегося скопления галактик Abell 520. Сочетание синего и зелёного цветов в центре изображения показывает, что сгусток тёмной материи находится рядом с большей частью горячего газа, где располагается очень мало галактик. Авторы и права: NASA / ESA / CFHT / CXO / M.J. Jee.

Большую часть материи во Вселенной нельзя увидеть, но можно зафиксировать её влияние на самые большие структуры в космосе. По оценкам астрономов, Вселенная состоит из тёмной материи примерно на 85%, то есть только 15% всей материи – это нормальная материя. По данным CERN, с учётом тёмной энергии, которую астрономы считают ответственной за ускоренное расширение Вселенной, тёмная материя составляет примерно 27% от всей энергии в космосе.

У астрономов есть множество инструментов для оценки общего количества материи во Вселенной и сравнения её с количеством “обычной” (также называемой “барионной”) материи. Самый простой метод – сравнить два измерения.

Первое измерение – это общее количество света, излучаемого большой структурой, такой как галактика, которую астрономы могут использовать для определения массы этого объекта. Второе измерение – расчётная сила тяжести, необходимая для удержания такой большой конструкции вместе. Когда астрономы сравнивают эти измерения галактик и скоплений по всей Вселенной, они получают один и тот же результат: им не хватает нормальной, излучающей свет материи, чтобы объяснить силу гравитации, необходимую для удержания этих объектов вместе.

Темная энергия
Тёмная энергия, нормальная и тёмная материя. Авторы и права: NASA.

Таким образом, должна существовать какая-то форма материи, не излучающая свет: тёмная материя.

В разных галактиках соотношение тёмной материи и обычной материи разное. Некоторые галактики почти не содержат тёмной материи, в то время как другие почти лишены обычной материи. Но измерение за измерением даёт один и тот же средний результат: примерно 85% материи во Вселенной не излучает и не взаимодействует со светом.

Недостаточно барионов

Есть много других способов, которыми астрономы могут подтвердить этот результат. Например, массивный объект, такой как скопление галактик, искажает пространство-время вокруг себя настолько сильно, что искривляет путь любого проходящего через него света – эффект, называемый гравитационным линзированием. Затем астрономы могут сравнить количество массы, которую мы видим от светоизлучающих объектов, с массой, необходимой для объяснения линзирования, ещё раз доказав, что где-то должна скрываться дополнительная масса.

Вселенная сквозь время. Авторы и права: UniverseTodayRu.

Астрономы также могут использовать компьютерное моделирование, чтобы наблюдать за ростом крупных структур. Миллиарды лет назад наша Вселенная была намного меньше, чем сегодня. Звёздам и галактикам потребовалось время, чтобы эволюционировать, и если бы во Вселенной имелась бы только обычная видимая материя, то сегодня мы не увидели бы никаких галактик. По словам космолога Джоэла Примака, для роста галактик требовались “бассейны” тёмной материи, в которых могла бы собираться нормальная материя.

Наконец, космологи могут оглянуться на то время, когда космосу было всего двенадцать минут, когда образовались первые протоны и нейтроны. Космологи могут использовать наше понимание ядерной физики, чтобы оценить, сколько водорода и гелия было произведено в ту эпоху.

Эти расчёты точно предсказывают соотношение водорода и гелия в современной Вселенной. Они также предсказывают абсолютный предел количества барионной материи в космосе, и эти цифры согласуются с наблюдениями современных галактик и скоплений.

Вселенная состоит из тёмной материи?

С другой стороны, тёмная материя может быть следствием неправильного понимания наших теорий гравитации, основанных на законах Ньютона и общей теории относительности Эйнштейна.

Событие микролинзирования на примере обнаружения экзопланет. Авторы и права: UniverseTodayRu.

Астрономы могут корректировать эти теории, чтобы дать объяснение тёмной материи в отдельных контекстах, таких как движение звёзд в галактиках. Но альтернативы гравитации не смогли объяснить все наблюдения тёмной материи во Вселенной.

Все данные указывают на то, что тёмная материя – это частица неизвестного типа. Она не взаимодействует со светом или обычной материей и даёт о себе знать только через гравитацию. На самом деле, астрономы считают, что прямо сейчас через вас проходят триллионы триллионов частиц тёмной материи. Учёные надеются вскоре установить природу этого загадочного компонента Вселенной.

Больше информации: InSpireHep

Оставьте комментарий