Темная материя: что это, состав и природа, виды, доказательства

Понятие обозначает гипотетическую форму материи, которая не участвует в электромагнитном взаимодействии и по этой причине недоступна для прямого наблюдения. От массы-энергии Вселенной объем ее составляет около четверти.

Темная материя проявляется только в гравитационном взаимодействии. Состав и природа ее в настоящее время неизвестны. Общепринятая космологическая модель предполагает холодную темную материю, частицы которой по сравнению со скоростью света движутся медленно, с обычным веществом и электромагнитным излучением взаимодействуют слабо.

Доказательства в пользу существования

Тот факт, что темная материя действительно присутствует во Вселенной, подтверждают:

• Наличие у галактик невидимых гало, обеспечивающих большую долю в их массах.

• Присутствие в гигантских эллиптических галактиках и их скоплениях рентгеновского излучения горячего газа. Расчеты показывают, что барионная масса этих скоплений составляет лишь часть (12–15%) от общей их массы.

• При изучении динамики и морфологии шаровых скоплений и галактик-спутников определяется их гравитационный потенциал. На его основе делается вывод о том, что общая масса каждой отдельно взятой галактики превышает суммарную всех ее звезд.

• При оценке критической плотности Вселенной выяснено, что ее масса составляет от 20% до 30% этого значения, при имеющейся доле барионного вещества всего 4,5%. Плотность барионов дополняет скрытая невидимая масса, которой больше, чем обычной материи, в 5 раз.

Также теоретические доказательства в пользу существования темной материи сделаны на основе моделирования устойчивости и формирования галактик.

Виды

Принята следующая классификация темной материи:

• горячая — при выходе ее частиц из равновесия их энергия превышает массу;

• холодная — характеризуется тем, что частицы материи отщепляются от космической плазмы, уже будучи нерелятивистскими;

• теплая — частицы с массой от 1 эВ и выше.

Возможные кандидаты

Так как состав и строение темной материи доподлинно не известны, ученые выдвигают разные версии о претендентах на ее роль. Ряд исследователей предполагает, что это барионное вещество, которое по каким-то причинам слабо реагирует и взаимодействует с электромагнитным излучением. Наиболее вероятные кандидаты:

• первичные черные дыры — те их виды, которые были образованы сразу же после Большого взрыва при первоначальном расширении Вселенной;

• максиномы — гипотетические частицы с массой, равной планковской.

Согласно другим теориям, подобным объектом также может быть невидимая материя небарионного происхождения, состоящая из следующих частиц:

• легкие и тяжелые нейтрино (нейтральные фундаментальные их виды, имеющие полуцелый спин);

• аксионы (нейтральный псевдоскалярный тип);

• суперсимметричные частицы.