Существуют ли звезды… из темной материи?

17 Декабря 2016 в 19:30, Илья Хель 12 244 просмотра 26

Подумайте обо всем, что существует во Вселенной. Гигантские космические печи вроде нашего Солнца. Газовые гиганты, рядом с которыми наша планета будет просто карликом. Строки астероидов, мчащихся через пустое пространство. Далекие звезды за тысячи световых лет от нас. Все это составляет меньше 5% массы Вселенной. Где остальное? Это пока загадка. Наша гигантская Вселенная могла сформироваться при помощи частиц темной материи, которых мы даже не имели возможности наблюдать. Ученые пытаются доказать их существование, а вместе с ними и существование «темных звезд».

Существует один элемент, который может составлять целых 25% Вселенной. Мы не можем его почувствовать или увидеть. Он не взаимодействует со светом. Он даже не состоит из привычных нам строительных блоков — электронов и протонов внутри атомов, из которых состоит вся материя.

Это «темная материя», и ученые пытаются понять, чем она является, десятки лет. Астрофизик-теоретик Кэтрин Фриз — одна из тех, кто охотится на эти загадочные кирпичики бытия. Тридцать лет назад ее теория о невидимом клее, который помог сформироваться Вселенной, привела к строительству подземных ускорителей частиц по всей Земле, вроде машин в ЦЕРН. Что же они ищут? Эти частицы называются вимпами (WIMP), и, по мнению Фриз, звезды, состоящие из этого призрачного материала, могли помочь космосу образоваться миллиарды лет назад.

Вимпы (слабо взаимодействующие массивные частицы) — это большие частицы, не взаимодействующие с электромагнитными силами. Это делает их «темными» — их нельзя наблюдать, используя электромагнитные сенсоры, при помощи которых люди осматривали Вселенную последние сто лет.

Но благодаря теории суперсимметрии — из которой следует, что у каждой известной частицы есть «антивещественный» эквивалент, — в нашем текущем атласе частиц появилась брешь, и вимпы могут превосходно эту брешь заполнить. Они повсюду, но не оставляют никаких следов, потому что неохотно взаимодействуют с обычными частицами, окружающими их.

«Что ж, если мы возьмем все объекты в нашей повседневной жизни — ваше тело, стул, на котором оно сидит, воздух, которым дышит, стены вокруг нас, добавим планеты, добавим звезды — все это состоит из атомов, которые мы понимаем, но вся эта атомная материя составляет лишь 5% нашей Вселенной — пять процентов! Поэтому есть еще 95%, которые мы должны понять. И вот здесь появляются темная материя и темная энергия. Когда они проходят через вас — миллиарды частиц каждую секунду — вы этого не замечаете, потому что слабое взаимодействие реально слабое, ничего не происходит».

Как же найти то, что у вас нет никакой возможности увидеть?

«Хорошая аналогия для темной материи — это ветер. Мы его не видим, он невидимый, и все же мы уверены, что он существует, потому что листья шуршат. То же самое обстоит и с темной материей. Мы видим, что она стягивает вещи… это материя, а значит, она чувствует гравитацию. Она сбивается в кучу и стягивает вещи. Мы знаем, что она существует, по этой причине, но не знаем, из чего состоит».

Если вимпы существуют — а Фриз уверена, что да, — они должны были появиться вскоре после Большого Взрыва.

Фриз исследовала эту теорию с коллегами-астрофизиками Паоло Гондоло из Университета штата Юта и Дугом Сполиаром из Университета Стокгольма в Швеции. Они искали первые «темные звезды», которые сформировались в ранние дни Вселенной.

Несмотря на свое название, эти древние звезды были ослепительны — они жили аннигиляцией темной материи. И некоторые из них могли бы жить в дальних уголках Вселенной, ослепительно сияя.

«Темные звезды начинали с таких же масс, что и Солнце, но могли расти больше и больше, пока не становились массой в миллионы солнц и в миллиарды раз ярче».

«Следующий большой телескоп, космический телескоп Джеймса Уэбба, продолжение знаменитого космического телескопа Хаббла, сможет найти темные звезды. Сделав это, мы не только найдем совершенно новый тип звезд, что уже само по себе удивительно, но и докажем, что они живут за счет вимпов. Так что проблема решится сама по себе».

И это может означать конец для одной из самых сложных задач в современной науке. Ученые пытались решить проблему темной материи с 1930-х годов, но намеки на ее существование появились задолго до этого.

«Когда люди изучали движение Солнца и планет вокруг, они поняли, что центральные планеты движутся довольно быстро, но чем дальше от центра, тем медленнее движение», говорит Фриз.

«Поэтому они подумали: хорошо, это законы Ньютона, мы их знаем, это законы природы, давайте посмотрим на структуры побольше — на галактики и скопления галактик».

«Но они нашли не это: они обнаружили, что по мере продвижения от центра галактики все движется с одинаковой скоростью. Это было довольно странно».

Фриз считает, что звезды и планеты, которые мы видим в ночном небе, являются кульминацией в длинной цепочке реакций, которые начались с этих слабо взаимодействующих частиц. И она говорит, что без частиц темной материи Вселенная не смогла бы стать такой, какой является. «Структуры, в которых мы живем, галактики и скопления галактик, не смогли бы сформироваться, если бы темная материя не сформировала космическую сеть, в которой мы живем».

«То есть сначала темная материя собралась воедино, а затем обычные атомы, нейтроны и протоны и так далее, вместе с темной материей сформировали протогалактики, которые привели к появлению галактик, планет и звезд. Но для начала образования этой структуры необходима темная материя».

Существуют ли звезды... из темной материи?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

26 комментариев

  1. kirfoton

    У меня в этой связи возникла такая мысль. Правда её надо проверить , конечно , математически. А что, если эта тёмная материя - просто межзвёздный газ ? Этот газ имеет плотность, скажем, 1 атом на 1 см3 пространства. Может быть фотоны света не взаимодействуют с атомами, находящимися друг от друга на таком расстоянии , и потому газ не всегда можно обнаружить телескопами...

    • Aldo

      Это может быть все что угодно, никто не знает, идей много. Просто учитывая массу и отсутствие каких-либо видимых проявлений, они решили, что эта материя никак не взаимодействует с обычным веществом, кроме как гравитационно. Вполне себе логичный вывод, исходящий из наблюдений. Нет никакой возможности что-то утверждать конкретно, поэтому назвали "тёмная материя". Но думаю если бы это было обычное вещество, типа газа, то его бы обнаружили обязательно в каких-то очень массивных участках. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • 223231

        Если темная материя взаимодействует гравитационно, то она должна была "налипнуть" на нашу землю и солнце, сделав их тяжелее, чем они должны быть. В таком случае земля должна состоять на 95% из темной материи и только на 5 из материи. Соответственно масса дожна быть намного больше, но это не так. И еще должны в пространстве встречаться гравитационные ловушки. Пространство пустое, а гравитация огромна. Если только черные дыры не состоят из антиматерии.

        • Aldo

          Это справедливо только в том случае, если сама с собой тёмная материя взаимодействует также, как и с обычной. Но, видимо, это не так. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Lila

      у вещества есть спектр поглощения и излучения: свет звезд/галактик бы поглощался, и переизлучался бы вокруг, так находят водородные облака в радио диапазоне, если считать, что плотность ниже порога чувствительности современных приборов, то как объяснить "тусклость" межгалактической черной материи, возможен и другой вариант - мы сами в рукаве водорода и отделить шум от поглощения нашим рукавом от поглощения в межгалактическом пространстве - "невозможно", нужен выход в межгалактическое пространство...
      Другой вариант - нейтрино/антинейтрино, имеют массу(хотя и маленькую), ни с кем не взаимодействуют, нейтральны к электромагнитному взаимодействию...
      Или нейтральные мезоны... но они могут "замедлять" свет...

  2. Lila

    1) из законов ньютона не следует, что "разлетающаяся", а не "устойчивая" система будет "притормаживать" на краях системы. (Солнечная система сформирована из "конденсата", который никуда не улетал, а если и улетал, то мы его "наблюдаем" на перигелии, и взрывов Солнц I/II было не достаточно для того. чтобы разогнать протопланетное вещество существенно выше "второй космической"). посыл об кинетической устойчивости галактического протозвездного вещества - несколько скользок, некоторые рукава падающего газа на черную дыру могут получить гравитационное ускорение...
    2) вопрос о звездах из wimp-ов не раскрыт... если они возможны, то не факт, что и видимые звезды состоят из 100% вещества, возможно, что звезды из wimp собрали окружающее вещество(4%) и запустили термоядерную реакцию.
    3) на неделе пролетала новость об альтернативной теории гравитации, в мат-модели, которой нет нужды в черной материи... пока не разбиралась.

    В общем есть много "но", для столь разрекламированной теории, она теория, и со временем, как и все остальные теории, будет опровергнута и ее место займет "новая", и расширенное представление об "реальности".

  3. oleg oka

    конечно, существуют. это так называемые "тёмные звёзды", из которых тёмные Дарты черпают тёмную силу. Так же оттуда поступает тёмная информация, служащая источником вдохновения британских учёных

  4. RiotMakeR

    при рассмотрении всей этой теории в реальности оказывается, что основываясь лишь на не подтвержденной теории ученые делают предположения, исходя из которых каким то загадочным образом подсчитали что материя, которую мы можем своими методами обнаружить составляет лишь 5% всей существующей материи, хотя согласно лишь "предполагаемому" принципу суперсимметрии темной материи и той материи которую мы можем обнаружить должно быть в соотношении 50% на 50% ... в общем нелепица за нелепицей, и все это основано лишь на предположениях и предполагаемых выводах из предположений

  5. 223231

    Скорее всего, само предположение о том, что вселенная расширяется и возникла из большого взрыва-ошибочна. Вот она и тянет за собой темную материю и темную энергию.

  6. Аноним

    Сама теория темной материи с моей точки зрения выглядит достойно. Но скорее всего она выполняет лишь функцию межзвездного/галактического "гравитационного клея" и ничего больше. Ведь если принять на веру существование темных звезд и планет, то возникает вопрос, каким образом их атомы (wimpы) взаимодействуют между собой? Так как, кроме гравитационного, другие взаимодействия отсутствуют, wimpы просто не смогут образовать атомы и запустить внутри темной звезды ядерный синтез, и останутся просто скоплением темной материи. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • RiotMakeR

      если материя, которую мы можем обнаружить в колличественном размере составляет лишь 5%, то и ее объемы составляют лишь 5% а 95% объема составляет темная материя, тогда как "наша" материя настолько плотная, что вообще существуют физические объекты которые мы можем ощутить и мы сами? выходит что темная материя составляет 95% всей материи, но она настолько маленькая, что нашей материи никак не "мешает" не только на атомном уровне но и при рассмотрении объема нашей материи? она что где то в параллельной вселенной разбросана? очевидно что эта параллельная вселенная существует лишь в фантазиях и бреднях вполне определенных якобы физиков

      • Santuciy

        Хочу внести ясность, около 74%-темная энергия, 22%-темная материя. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • VolkaDlak

        И я бы добавил для ясности, ваше тело почти на 100% состоит из пустоты, те атомы и молекулы что его составляют по большей части "пустые" и находятся друг от друга (атомы) на значительных расстояниях (относительно собственного размера). И при этом всём вас удивляет что сквозь вас, Землю, и вообще всё может двигаться вещество которое даже не может взаимодействовать с вашей структурой? Тёмная материя (если она есть (а она видимо всё же есть)) проходит сквозь вас как вода сквозь сито.

        • RiotMakeR

          ну очень научное заявление о том, что материальное тело почти на 100% состоит из пустоты ... достойно научной степени ... это было во первых ... во вторых я ничего подобного не заявлял и ничему не удивлялся ... в третьих если ТМ не взаимодействует с нашей материей, то почему она не играет ту же роль что и изолятор, нивелируя межатомные связи и разрывая молекулы, ТМ же проникает между атомами ... в четвертых, если по принципу суперпозиции материи как бы первоначально противопоставлялась антиматерия, то почему ТМ не является антиматерией, при пролете крайне близко с которой материя просто не превращалась бы в пустоту ... какая то это ну очень избирательная темная материя, тут она работает как мы предположили, а вот тут она уже так не работает потому что мы предположили обратное ... видимо она обладает разумом

        • RiotMakeR

          или ТМ не разрывает межатомные связи потому что играет роль проводника? но ТМ же не взаимодействует с материей ... непонятно

  7. Хутор

    Про ускоритель частиц в ЦЕРНе. Каким образом он занимается поиском темной материи? Сталкивает пучки обычной материи? Бред. Если темной материи 22% во Вселенной и она заполняет всё и находится везде, то по логике она будет находится и в коллайдеровских "трубах". Стало быть при разгоне пучка протон в этих трубах, протоны просто обязаны взаимодействовать с темной материей и в регистрационной камере коллайдера тоже. Если прогнать пучок протонов по кругу, через регистрационную камеру, без встречного пучка протонов, то по логике, в камере должны происходить взаимодействия протонов с частицами ТМ и, следовательно, детектироваться. Этого не происходит, но нас продолжают кормить баснями про ЦЕРН, который типа для поиска ТМ.

    По теме. Логичнее предполагать, что ЧД - это сгусток ТМ. ТМ под действием гравитации (пишут же, что это единственная сила взаимодействия ТМ) скапливается внутри звезды и по мере скапливания распирает ее до тех пор, пока не разорвет звезду изнутри (сверхновая).

    • VolkaDlak

      ЦЕРН разгоняет обычную материю и сталкивает её с обычной материей, потом смотрят что получилось из "минисверхвзрыва" (не буду писать про мюоны/глюоны и прочую зубодробительную физику, напишу "на пальцах"). Так вот берём вещество "А" с сталкиваем с веществом "Б", при взрыве получаем ряд субвеществ "в", "г" и "д". При этом мы знаем что А имеет массу 2, а Б - 3. Тогда сумма субвеществ в, г и д должна быть 5, а получилось 4 - Ура! У нас пропало часть вещества (энергию мы тоже посчитали, просто не растягиваю пост) это значит что эта часть состояла из тёмного вещества (мы же его не увидели). Элементарно. Просто не многие утруждаются понять.

      • Хутор

        Вы описали детектирование нейтрино. Я же писал про другой способ.

        Берем пучок протонов, разгоняем, гоняем его по кругу через детекторы до тех пор, пока одно из кварк-глюонных облаков из этого пучка не столкнется с чем-то "невидимым" (Вимп), детектируем следы, детектируем продукт взаимодействия и т.п. Результат - косвенное доказательство наличия какой-то темной частицы.
        Доказательств того, что ТМ произошла от барионной материи нет, доказательств, что барионная произошла от ТМ - тоже.

        Аналогия: темная трасса по которой едет авто без фар. По условиям эксперимента на дорога на 22% заполнена столбами в случайном месте. При многочисленном проезде одного и того же участка дороги с этими столбами у авто есть шанс "встретиться" с одним из них. По вмятинам на авто описываем свойства и размеры столба.

        • VolkaDlak

          Я описал то как ищут новые частицы в ЦЕРНе, а не просто предложил способ наобум. А то что описываете вы противоречит самой сути тёмной материи - для неё прозрачна барионная материя. Никак пучёк из того чем может управлять человек не может столкнуться с тёмной материей.

          P.S. А если говорить о поиски нейтрино, то в моём примере сумма масс до столкновения и после должны как раз таки совпадать, я описал как раз таки как ищут тёмные частицы.

          • Хутор

            Барионная материя не прозрачна для ТМ, иначе бы не строили супердетекторы, которые "ловят" вимпы (тут на сайте писали про этот детектор, который детектирует столкновения ТМ и БМ). ТМ слишком пассивна и не взаимодействует с барионной в привычной нам форме.
            А не может столкнуться с ТМ потому, что нет этой ТМ.

            По поводу P.S. Нейтрино был пойман на краже энергии, а не массы, хотя, в принципе, для квантов это почти одно и то же.

      • RiotMakeR

        если при столкновении вещества А с веществом Б потерялась некоторое кол-во вещества С, это означает, что вещество С было включено либо в А либо в Б, а это означает, что темная материя встроена в наше вещество ... это противоречит теории темного вещества изначально

        • VolkaDlak

          Ну вы это с сотрудниками ЦЕРНа обсудите, я там не работаю :)
          Но на сколько я понимаю их работу они не просто разбивают вещества на более мелкие - энергия столкновения столь велика что всё вещество аннигилирует, а полученная в результате этого энергия тратится на создание новых частиц. Таким образом мы можем получить любые элементарные частицы укладывающиеся в энергетику миниБольшогоВзрыва.

  8. samuil

    Советую прочитать доклад "Исконная физика аллатра"Там как раз написано из чего состоит наш материальный мир.

  9. Skydreamer

    А мне повезло - я видел темную материю своими глазами. Пару лет назад я заказал себе брюки и мне пришлось идти в магазин и купить себе пару погонных метров темной материи... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.