Что такое Темная Материя?

продолжение статьи с сайта Чандры о Темной Материи.

Часть 1 | Часть 2 | Часть 3

В свете таких убедительных доказательств того, что большинство материи во Вселенной - Темная, самым насущным вопросом современной астрофизики является следующий - Что же такое эта самая Темная Материя?

На этот вопрос ответа еще пока нет, но со все возрастающей уверенностью можно сказать, чем она точно не является. Детальные наблюдения фонового реликтового излучения спутником WMAP показывают, что темная материя не может быть некоей формой обычной, барионной материи - протонов и нейтронов, которые образуют звезды, планеты и межзвездную материю. Это касается также горячего и холодного газа, коричневых карликов, красных и белых кардиков, нейтронных звезд и черных дыр.

Черные дыры могли бы показаться идеальным кандидатом на роль темной материи - они действительно очень темные. Но черные дыры звездной массы создаются коллапсом массивных звезд, которых значительно меньше, чем обычных, содержащих по крайней мере одну пятую массы темной материи. Также процессы, которые создадут черных дыр в количестве, достаточном для объяснения темной материи, произведут огромное количество энергии и тяжелые элементы. Подтверждения такой гипотезе нет.

Небарионные кандидаты могут быть сгруппированы в три широкие категории - горячую, теплую и холодную. Горячая темная материя относится к частицам - таким, как известные типы нейтрино, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света, когда комки материи, из которых потом образуются первые галактики и скопления галактик, только начали формироваться. Холодная темная материя относится к частицам, которые двигались медленно в тот же период жизни Вселенной, а теплые - со средней скоростью.

Эта классификация должна иметь подтверждение на основе наблюдений размера куч материала, которые могли бы сжиматься в расширяющейся Вселенной. Горячие частицы темной материи движутся так быстро, что комки массой с галактику должны были быстро рассеяться, смогли бы сформироваться только облака с массой в тысячи галактик - размером с целое скопление галактик. Отдельные галактики сформировались бы позднее, при дефрагментации облаков размером со скопление, в процессе сверху - вниз.

Холодная же темная материя, напротив, смогла бы сжаться в комья размером с галактику или меньше. Тогда галактики объединялись бы в скопления в процессе снизу-вверх.

Наблюдения Чандры показывают много примеров, когда скопления создаются слиянием групп и малых скоплений. Это, как и другие доказательства, показывает, что галактики старше, чем группы и скопления и являются сильным аргументом, подтверждающим гипотезу холодной темной материи.

 Главные кандидаты на частицы холодной темной материи - т.н. WIMPs, Слабо Взаимодействующие Массивные Частицы. WIMPs не предсказываются Стандартной Моделью, но все попытки создать универсальную теорию всех элементарных частиц предполагают, что WIMPs создавались в огромных количествах, когда Вселенной было всего доля секунды от роду.

Типичная WIMP, согласно прогнозам, должна быть в 100 раз массивнее, чем атом водорода. Воображаемый зоопарк частиц мог бы пополниться такими WIMPs как нейтралино, гравитино, и аксино. Еще одна гипотеза - что существуют некие стерильные нейтрино, а также отклонения Калуза-Клейна, дающие дополнительные измерения Вселенной.

ESOCast 42. Смотря вверх

Второй специальный выпуск ИСОКаст в честь 50-летия Европейской Южной Обсерватории

Фото дня: 3 AT под небом Паранал

APOD, Фото дня,

21 апреля 2012 года

3 R2D2 AT (дополнительные телескопы) под южным небом Паранал. Эти совсем небольшие, почти двухметровые телескопчики в отдельных перемещаемых в пространстве куполах - важная часть обсерватории Сьерро-Паранал в Чили. При помощи этих малюток астрономы могут сделать зеркала своих основных 8.2 - метровых юнитов еще больше - используя интерферометрию. Свет со всех телескопов пускают по подземным туннелям и собирают в особой комнате с прибором - интерферометром, который умеет сочетать эти данные от разных телескопов и строить изображение как если бы это было одно большое зеркало диаметром с расстояние между телескопами.

И очень, очень далекие галактики становятся ближе.

И кстати, обратите внимание на небо. По центру - Магеллановы Облака. А слева виден лежащий на боку Орион - Ригель, пояс и меч с Туманностью Ориона...

Image Credit & Copyright: Yuri Beletsky (ESO) 

LRO и Аполлон 8. Восход Земли над горизонтом Луны

Космический центр Годдард сделал этот интересный монтаж съемки поверхности Луны с борта Лунного Разведчика LRO, проведенной в 2011-2012 годах с фотографиями, полученными экспедицией Аполлона-8, летевшей тем же маршрутом 50 лет назад.

Все это сопровождается подлинной записью голосов астронавтов Андерса, Бормана и Лоуэлла - самой по себе ценной вещью. Поэтому я решил просто добавить субтитры. Если вы их не видите, нажмите на кнопку СС в проигрывателе ютьюба.

А если без темной материи?? - Альтернативные теории

продолжение статьи с сайта Чандры о Темной Материи.

Часть 1 | Часть 2 |

Хотя доказательство существования темной материи широко и глубоко, тем не менее, оно непрямое и основано на предположении, что применимы законы движения и гравитации в том виде, как они сформулированы Ньютоном и расширены Эйнштейном. Альтернативой является возможность модификации теории гравитации так, чтобы объяснить эффекты, приписываемые темной материи. Основная идея здесь в том, что при очень маленьких ускорениях, которые соответствуют очень большим расстояниям, обычный закон всемирного тяготения работает не совсем так, как мы представляем.

Наиболее изученной модификацией является так называемая Модифицированная Ньютоновская Динамика или MOND. Согласно этой гипотезе, сила притяжения между объектами падает обратно пропорционально не квадрату, а первой степени расстояния. С таким предположением для объяснения наблюдаемого вращения внешних слоев галактик, требуется значительно меньшая масса, чем в теории Ньютона-Эйнштейна. Устанавливая различные параметры этой теории, можно полностью исключить необходимость присутствия темной материи.

Хотя MOND и добилась некоторого успеха в объяснении результатов наблюдений галактик, эта и другая теории модифицированного закона всемирного тяготения имеют большие трудности с результатами наблюдений скопления галактик 1E0657-56, или скопления Пуля.

На снимке показан горячий газ, создающий рентгеновское излучение, и оптический свет от звезд в скоплении галактик (оранжевым и белым). Рентгеновские наблюдения показывают, что скопление Пуля состоит из двух скоплений, которые сталкиваются на высокой скорости.

Используя метод гравитационных линз, астрономы поняли, что общая масса, сконцентрированная в скоплениях (синим), отличается от положения горячего газа. Это разделения по всей видимости произошло при столкновении на высокой скорости, в которой частицы газа сталкивались друг с другом, а звезды и темная материя прошли насквозь. И этот результат нельзя объяснить альтернативным законом всемирного тяготения, что дало первое прямое доказательство существования темной материи в скоплении Пуля. Хотя такие яростные столкновения скоплений галактик - редкость, есть еще одно подобное столкновение, в котором наблюдается та же картина - MACS J0025.4-122.

Вот такая в общем, фигура...

 А теперь скажите, что у бога нет чувства юмора...

На снимке - проплид в Туманности Киль. Проплид - это такая куча из пыли, которая готовится скоро стать матерью - внутри нее зреет зародыш - эмбрион солнечной системы.

Первый вздох молодой звезды может быть тихим, а может быть яростным. Проплид тогда ощетинивается бьющими в разные стороны первыми лучами, лишний материал выталкивается наружу, и далее начинается процесс выветривания мелких частиц, в конце концов приводящий к тому, что остаются только крупные булыжники, астероиды, кометы и, как это ни странно - планеты.

Затем, как водится, на планетах появляется вода, кометы высаживают на них десант из сложной органики, которая тишком-молчком эволюционирует себе (если позволит погода) во что-то более сложное - в зубастых тварей размером с автобус, или, например, в двуногих обезьян...

На небе есть много разных чудес, но это выходит просто за рамки... Воспринимайте, как хотите, в общем.

Замечательный проплид :)

2 года SDO

Кто бы мог подумать, что Солнце так красиво - нужно просто подобрать правильные светофильтры.

Кстати одно из последних изображений - очень сильный хромосферный выброс, который случился буквально несколько дней назад.

SDO=Solar Dynamics Observatory - Обсерватория Динамики Солнца

Доказательства существования Темной Материи - 2

продолжение статьи с сайта Чандры о Темной Материи.

Часть 1

Скопления галактик как гравитационные линзы 

Еще одна независимая серия доказательств существования темной материи указывает на доминирование Темной в скоплениях галактики. Согласно Общей Теории Относительности Эйнштейна, пространство искривляется в сильных гравитационных полях.

Одно из таких следствий искривления пространства может быть изгибание луча света, когда он проходит мимо скопления - примерно так же, как стеклянная линза преломляет свет. Изображения галактик искажены этим эффектом "гравитационной линзы", изгиб тем больше, чем больше масса скопления. Этот метод дает оценки количества темной материи, которые хорошо согласуются с рентгеновскими наблюдениями.

Флуктуации реликтового излучения

Реликтовое излучение показывает нам, какой была Вселенная, когда ей было всего несколько тысяч лет, задолго до того, как сформировались галактики и скопления галактик. В это время Вселенная представляла собой расширяющийся газ, состоявший главным образом из протонов, электронов, фотонов, нейтрино и темной материи.

Интенсивность микроволнового излучения была практически одинаковой по все направлениям, но в то же время не совершенно одинаковой - были обнаружены небольшие, буквально в доли процента вариации. Эти различия или флуктуации образовались вследствие того, что комки матрии были немного горячее или холоднее, чем в среднем.

Можно вычислить, насколько сильно эти комья материи могли вырасти в горячий расширяющийся газ, представляющий собой смесь различных фотонов, протонов, нейтрино и темной материи. Сравнение подобных вычислений с наблюдениями микроволнового фона (особенно космическим аппаратом WMAP) с другими данными показывает, что во Вселенной в 6 раз больше темной, чем обычной материи.

Итог: Количество темной материи: 

Многие доказательства показывают, что масса темной материи в галактиках, скоплениях галактик и всей Вселенной в 5 или 6 раз больше, чем масса обычной барионной материи - протонов и нейтронов.