Млечный Путь № 3 2021 - Далия Мейеровна Трускиновская
Вот как мы пришли к выводу о вероятном существовании темного вещества.
Мы с трудом понимаем темное вещество из-за ее отказа взаимодействовать с электромагнитными силами. Электромагнитные поля - это то, как мы взаимодействуем с Вселенной почти на всех уровнях. Электромагнетизм отвечает за видимый свет, радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. В целом, это составляет большую часть нашей способности наблюдать Вселенную. Без электромагнитного излучения мы в буквальном смысле слепы. Но что, если электромагнетизм - исключение, а не норма? Что, если мы смотрим в ночное небо и видим звезды, но какое-то другое существо, существо из темной материи, смотрит вверх и видит что-то совершенно другое? Что, если наша видимая часть Галактики так же упорно скрывается из поля зрения, как и невидимая часть? Если 85% материи во Вселенной состоит из темного вещества, которое мы не можем обнаружить, возможно, именно там находятся все инопланетные цивилизации. Что, если они нас тоже не видят? Что, если есть инопланетные физики, занимающиеся своими вычислениями во вселенной из темного вещества и ломающие голову над тем, почему 15% их вселенной должны быть невидимы, чтобы математика работала? Это были бы наши 15%. Что, если мы полностью невидимы?
Веселый мысленный эксперимент
Подобная идея разрешает парадокс Ферми. Возможно, существуют сотни инопланетных цивилизаций, но они представляют собой цивилизации из темного вещества, которые не могут или не удосуживаются смотреть на 15% видимой нам материи во Вселенной.
Мне всегда казалось странным, что математика утверждает, что 85% Вселенной в значительной степени необнаружимы для нас. Вместо этого представьте себе вселенную, в основном населенную существами из темного вещества. Могут быть звезды из темной материи, планеты из темной материи и всевозможные странные вещи, которые наш мозг просто не способен придумать. Они могут быть повсюду вокруг нас или сконцентрированы в какой-то части Вселенной, которую мы не очень хорошо видим. Они были бы для нас совершенно невидимы. Мы невидимы для них? Кто может сказать?
Другой способ взглянуть на это - использовать пример теоретической жизни, которая развивается на планете с солнцем, излучающим свет преимущественно в инфракрасном диапазоне. Так же, как люди не могут видеть в инфракрасном спектре, эти существа могут видеть только в инфракрасном диапазоне. Это дало бы им совершенно другой взгляд на мир, и некоторые вещи в нашей жизни, такие как экраны телефонов и неоновые огни, будут иначе отображаться для тех, кто видит только в инфракрасном диапазоне.
Может быть целая темная вселенная с притяжением, которое мы можем обнаружить в нашей Вселенной с помощью наблюдений и математики, но которое не может взаимодействовать с нами. Это может означать, что потенциальные инопланетные существа настолько странны и неестественны, что мы никогда не сможем взаимодействовать.
Вместо того, чтобы придумывать инопланетные миры, наполненные обезьяноподобными существами, мы должны задаться вопросом: не являемся ли мы чем-то вроде странного выброса во Вселенной? Жизнь, которая сумела развиться в части Вселенной, составляющей 15% видимой материи. Идея о том, что Земля - это какой-то странный особняк во Вселенной, где преобладает темная материя, объясняет, почему мы чувствуем себя такими уникальными. Это также объясняет, почему мы не видим никаких других инопланетных цивилизаций. Это во многом объясняет, почему мы не видим никаких доказательств существования какой-либо другой жизни ни в одном из исследуемых нами скалистых видимых миров. Возможно, жизнь просто не развивается во вселенной видимой материи.
***
Дополнительные измерения Вселенной?
Пол Саттер
Темное вещество может быть еще более странным, чем кто-либо думал, говорят космологи, предполагающие, что это загадочное вещество, на которое приходится более 80% массы Вселенной, может взаимодействовать с самим собой.
"Мы живем в океане темного вещества, но очень мало знаем о том, чем это может быть", - заявил Флип Танедо, доцент кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде.
Все попытки объяснить темное вещество с помощью известной физики терпели неудачу, поэтому Танедо и его сотрудники разрабатывают экзотические модели, которые могут лучше соответствовать наблюдениям. Они спросили: что, если темное вещество взаимодействует само с собой через континуум сил, действующих в пространстве с большим количеством измерений, чем наши обычные три? Это звучит дико, но их модель может лучше объяснить поведение звезд в маленьких галактиках, чем традиционные простые модели темного вещества. Так что стоит попробовать.
Маленькие галактики, большие проблемы
Хотя космологи не знают, что такое темное вещество, им известны некоторые его свойства. Все наблюдения показывают, что темное вещество состоит из частиц нового типа, ранее неизвестных физике. Эти частицы есть в каждой галактике, составляя более 80% массы. Эти частицы не должны сильно взаимодействовать со светом, если вообще могут с ним взаимодействовать (иначе мы бы уже видели это в астрономических наблюдениях). И они не должны очень сильно взаимодействовать с нормальным веществом, если вообще с ним взаимодействуют (иначе мы бы увидели это в экспериментах на коллайдере).
Объединив эти свойства, космологи могут построить сложные компьютерные модели эволюции крупных структур во Вселенной. Эти симуляции обычно соответствуют наблюдениям с одной интересной оговоркой. Упрощенная картина темного вещества предсказывает, что небольшие галактики должны иметь очень высокую плотность темного вещества в своих ядрах (известную космологам как модель "куспида"), но наблюдения вместо этого показывают, что распределение плотности темного вещества относительно плоское, поэтому вещество должно быть равномерно распределенными по маленьким галактикам ("модель ядра"). Эта проблема была занозой в исследованиях темного вещества на протяжении десятилетий.
Успешная модель должна объяснять поведение малых и больших галактик, наряду со всеми другими наблюдениями. Одна такая модель называется самовзаимодействующим темным веществом, и, как следует из названия, предсказывает, что темное вещество иногда взаимодействует само с собой, а это означает, что частицы темного вещества могут иногда отскакивать друг от друга или даже аннигилировать друг с другом. Это самовзаимодействие сглаживает области высокой плотности темного вещества.
Суть проблемы
Проблема решена? Не совсем: модели самовзаимодействующего темного вещества имеют проблемы с сопоставлением с другими наблюдениями, такими, как линзирование галактик (когда гравитация огромного количества материи искажает и усиливает свет от определенных галактик позади наблюдаемой галактики) и рост галактик в ранней Вселенной. Однако эти все еще недостаточно эффективные модели основаны на
