Коли космічний телескоп Джеймса Вебба буде повністю введений в експлуатацію і почне свої спостереження за еволюцією раннього Всесвіту, він зможе пролити світло на одну з найбільших загадок сучасної фізики: чи існує темна матерія і якщо так, — то що це таке?
Нова модель, розроблена групою вчених на чолі з Єльським університетом, передбачає, що невловима темна матерія може бути укладена всередині первинних чорних дір, що залишилися після Великого вибуху
Невловима темна матерія
Темна матерія, по суті, в цей час є найбільшою операцією округлення, що коли-небудь відбувалася в історії науки. Оскільки астрофізики почали досліджувати структуру Всесвіту і те, як він розвивався після Великого вибуху 13,8 мільярда років тому, вони розробили все більш детальну картину того, як Всесвіт розвивався з моменту своєї появи і до наших днів.
Проблема полягала в тому, що фізика просто не могла належним чином пояснити, як виник Всесвіт, якщо повністю слідувати результатам спостережень. Все, від утворення зірок і галактик до природи космічного фонового випромінювання, просто не могло виникнути з тією кількістю матерії, яку ми спостерігаємо в космосі. Фактично, сучасні теорії припускають, що загадковий дефіцит матерії та енергії становить 95%, а на частку «звичайних» матерії та енергії припадає лише решта 5%.
Цей масовий дефіцит повинен мати під собою якусь дуже серйозну причину, і, швидше за все, навіть не одну. Одна з домінуючих на сьогодні теорій полягає в тому, що цей дефіцит виражений в «темній матерії», яка становить близько 85% всієї речовини у Всесвіті. Дотепер астрономам так і не вдалося спостерігати її безпосередньо, але передбачається, що темна матерія складається з деякої форми екзотичної матерії, включаючи стерильні нейтрино, слабо взаємодіючі масивні частинки (WIMPS) або аксіони, які не взаємодіють з жодною формою електромагнітного випромінювання.
- Загальну теорію відносності вдалося підтвердити в галактичних масштабах
- Вчений: віруси з Марса можуть потрапити на Землю
- Названа справжня форма геліосфери
Простіше кажучи, темна матерія не може поглинати, відбивати або заломлювати світло або будь-яку іншу частину спектра випромінювання. Єдина ознака того, що вона взагалі існує, полягає в тому, що вона взаємодіє з нормальною матерією і енергією тільки за допомогою гравітації. Це робить її надзвичайно важким для виявлення, а тим більше для вивчення чого-небудь.
Надра чорних дір
Згідно з роботою команди Єльського університету, відповідь на загадку темної матерії лежить не в екзотичних частинках, а в первинних чорних дірах, розмір яких варіюється від мікроскопічних цяток до мільярдів миль в діаметрі. Ці чорні діри – області простору-часу, де великі тіла матерії стиснулися самі по собі, залишивши після себе гравітаційний колодязь, настільки сильний, що навіть світло не може вийти з нього.
Ще в 1970-х роках фізики Стівен Хокінг і Бернард Карр припустили, що протягом першої секунди існування Всесвіту після Великого вибуху могли відбуватися флуктуації її щільності, а деякі області були настільки захаращені, що утворилися чорні діри. Ця гіпотеза не прижилася, але нове дослідження Єльського університету змінило цю ідею і підрахувало, що якби більша частина первинних чорних дір мала початкову масу приблизно в 1,4 раза більше Сонця, це могло б пояснити всю темну матерію, особливо оскільки вони продовжували поглинати більше газу або навіть зірок в їх околицях. Крім того, вони могли діяти як насіння, навколо яких формувалися галактики, і створювати надмасивні чорні діри, виявлені в багатьох ядрах галактик.
Якщо це так, то космічний телескоп Джеймса Вебба міг би надати деяке підтвердження теорії, збираючи дані про те, як формуються зірки, галактики і планетні системи, коли його інфрачервоні датчики досліджують краї Всесвіту, де знаходиться світло з ранньої історії Всесвіту, яке все ще йде до нас.