Allt vi ser omkring oss (stj?rnor och galaxer) ?r inte mer ?n 4-5% av den totala massan i universum!

Enligt moderna kosmologiska teorier best?r v?rt universum av endast 5 % av vanlig, s? kallad baryonisk materia, som bildar alla observerbara objekt; 25 % m?rk materia uppt?ckt p? grund av gravitation; och m?rk energi, som utg?r s? mycket som 70 % av det totala.

Termerna m?rk energi och m?rk materia ?r inte helt framg?ngsrika och representerar en bokstavlig, men inte semantisk, ?vers?ttning fr?n engelska.

I fysisk mening inneb?r dessa termer bara att dessa ?mnen inte interagerar med fotoner, och de skulle lika g?rna kunna kallas osynlig eller transparent materia och energi.

M?nga moderna forskare ?r ?vertygade om att forskning som syftar till att studera m?rk energi och materia sannolikt kommer att hj?lpa till att svara p? den globala fr?gan: vad v?ntar v?rt universum i framtiden?

Klumpar lika stor som en galax

M?rk materia ?r ett ?mne som, med st?rsta sannolikhet, best?r av nya partiklar, fortfarande ok?nda under terrestra f?rh?llanden, och som har egenskaper som ?r inneboende i den vanliga materien sj?lv. Till exempel kan den ocks?, som vanliga ?mnen, samlas till klumpar och delta i gravitationsinteraktioner. Men storleken p? dessa s? kallade klumpar kan ?verstiga en hel galax eller till och med ett kluster av galaxer.

Tillv?gag?ngss?tt och metoder f?r att studera m?rk materia partiklar

F?r n?rvarande f?rs?ker forskare runt om i v?rlden p? alla m?jliga s?tt att uppt?cka eller p? konstgjord v?g f? fram partiklar av m?rk materia under markf?rh?llanden, med hj?lp av specialdesignad ultrateknologisk utrustning och m?nga olika forskningsmetoder, men hittills har alla deras anstr?ngningar inte kr?nts. med framg?ng.

En metod g?r ut p? att utf?ra experiment med h?genergiacceleratorer, allm?nt k?nda som kolliderare. Forskare, som tror att partiklar av m?rk materia ?r 100-1000 g?nger tyngre ?n en proton, antar att de kommer att beh?va genereras vid kollision av vanliga partiklar som accelereras till h?ga energier genom en kolliderare. K?rnan i en annan metod ?r att registrera partiklar av m?rk materia som finns runt omkring oss. Den st?rsta sv?righeten med att registrera dessa partiklar ?r att de uppvisar mycket svag interaktion med vanliga partiklar, som i sig ?r transparenta f?r dem. Och ?nd? kolliderar m?rk materia partiklar mycket s?llan med atomk?rnor, och det finns ett visst hopp om att registrera detta fenomen f?rr eller senare.

Det finns andra tillv?gag?ngss?tt och metoder f?r att studera m?rk materia partiklar, och bara tiden kommer att utvisa vilken som kommer att bli den f?rsta att lyckas, men i alla fall kommer uppt?ckten av dessa nya partiklar att vara en stor vetenskaplig bedrift.

?mne med antigravitation

M?rk energi ?r ett ?nnu mer ovanligt ?mne ?n m?rk materia. Den har inte f?rm?gan att samlas i klumpar, vilket resulterar i att den ?r j?mnt f?rdelad ?ver hela universum. Men dess mest ovanliga egenskap f?r tillf?llet ?r antigravitation.

Naturen hos m?rk materia och svarta h?l

Tack vare moderna astronomiska metoder ?r det m?jligt att best?mma universums expansionshastighet f?r n?rvarande och simulera processen f?r dess f?r?ndring tidigare i tiden. Som ett resultat av detta erh?lls information om att f?r tillf?llet, s?v?l som under det senaste, expanderar v?rt universum, och takten i denna process ?kar st?ndigt. Det ?r d?rf?r hypotesen om antigravitationen hos m?rk energi uppstod, eftersom vanlig gravitationsattraktion skulle ha en bromsande effekt p? processen med "galax recession", vilket begr?nsar universums expansionshastighet. Detta fenomen mots?ger inte den allm?nna relativitetsteorin, men m?rk energi m?ste ha undertryck – en egenskap som inget i dagsl?get k?nt ?mne har.

Kandidater till rollen som "Dark Energy"

Massan av galaxerna i Abel 2744-klustret ?r mindre ?n 5 procent av dess totala massa. Denna gas ?r s? varm att den bara lyser i r?ntgenstr?lar (r?d p? den h?r bilden). F?rdelningen av osynlig m?rk materia (som utg?r cirka 75 procent av klustrets massa) ?r f?rgad bl?.

En av de f?rmodade kandidaterna f?r rollen som m?rk energi ?r vakuum, vars energit?thet f?rblir of?r?ndrad under universums expansion och d?rigenom bekr?ftar vakuumets negativa tryck. En annan f?rmodad kandidat ?r "kvintessensen" - ett tidigare ok?nt ultrasvagt f?lt som f?rmodas passerar genom hela universum. Det finns ?ven andra m?jliga kandidater, men ingen av dem har hittills bidragit till att f? ett exakt svar p? fr?gan: vad ?r m?rk energi? Men det ?r redan klart att m?rk energi ?r n?got helt ?vernaturligt, som f?rblir 2000-talets huvudmysterium f?r fundamental fysik.

Termen "m?rk materia" (eller dold massa) anv?nds inom olika vetenskapsomr?den: kosmologi, astronomi, fysik. Vi talar om ett hypotetiskt objekt - en form av rums- och tidsinneh?ll som direkt interagerar med elektromagnetisk str?lning och inte l?ter den passera genom sig sj?lv.

M?rk materia – vad ?r det?

Sedan urminnes tider har m?nniskor varit oroliga ?ver universums ursprung och de processer som formar det. I teknikens tids?lder har viktiga uppt?ckter gjorts och det teoretiska ramverket har ut?kats avsev?rt. 1922 uppt?ckte den brittiske fysikern James Jeans och den holl?ndska astronomen Jacobus Kapteyn att det mesta av galaktisk materia var osynlig. D? anv?ndes f?rst termen m?rk materia - detta ?r ett ?mne som inte kan ses med n?gon av de metoder som m?nskligheten k?nner till. N?rvaron av ett mystiskt ?mne indikeras av indirekta tecken - gravitationsf?lt, tyngd.

M?rk materia inom astronomi och kosmologi

Genom att anta att alla f?rem?l och delar i universum attraheras av varandra kunde astronomer hitta massan av det synliga rymden. Men en diskrepans uppt?cktes i de faktiska och f?rutsp?dda vikterna. Och forskare har funnit att det finns en osynlig massa, som st?r f?r upp till 95% av alla ok?nda v?sen i universum. M?rk materia i rymden har f?ljande egenskaper:

• f?rem?l f?r gravitation;
• p?verkar andra rymdobjekt,
• interagerar svagt med den verkliga v?rlden.

M?rk materia - filosofi

M?rk materia intar en speciell plats i filosofin. Denna vetenskap behandlar studiet av v?rldsordningen, grunderna f?r tillvaron, systemet av synliga och osynliga v?rldar. En viss substans togs som den grundl?ggande principen, best?md av rum, tid och omgivande faktorer. Den mystiska m?rka materien i rymden, uppt?ckt mycket senare, f?r?ndrade f?rst?elsen av v?rlden, dess struktur och evolution. I en filosofisk mening finns en ok?nd substans, som en koagel av energi av rum och tid, n?rvarande i var och en av oss, d?rf?r ?r m?nniskor d?dliga, eftersom de best?r av tid, som har ett slut.

Varf?r beh?vs m?rk materia?

Endast en liten del av rymdobjekt (planeter, stj?rnor etc.) ?r synlig materia. Enligt olika vetenskapsm?ns standarder upptar m?rk energi och m?rk materia n?stan hela utrymmet i rymden. Den f?rsta st?r f?r 21-24%, medan energin tar upp 72%. Varje substans av ok?nd fysisk natur har sina egna funktioner:

1. Svart energi, som varken absorberar eller avger ljus, skjuter bort f?rem?l, vilket f?r universum att expandera.
2. Galaxer ?r byggda p? basis av dold massa, dess kraft attraherar f?rem?l i yttre rymden och h?ller dem p? sina platser. Det vill s?ga, det saktar ner universums expansion.

Vad ?r m?rk materia gjord av?

M?rk materia i solsystemet ?r n?got som inte kan r?ras, unders?kas eller studeras grundligt. D?rf?r l?ggs flera hypoteser fram om dess natur och sammans?ttning:

1. F?r vetenskapen ok?nda partiklar som deltar i gravitationen ?r en komponent i detta ?mne. Det ?r om?jligt att uppt?cka dem med ett teleskop.
2. Fenomenet ?r ett kluster av sm? svarta h?l (inte st?rre ?n m?nen).

Det ?r m?jligt att s?rskilja tv? typer av dold massa beroende p? hastigheten p? dess best?ndsdelar och t?theten av deras ackumulering.

1. Varm. Det r?cker inte att bilda galaxer.
2. Kall. Best?r av l?ngsamma, massiva proppar. Dessa komponenter kan vara axioner och bosoner k?nda f?r vetenskapen.

Finns m?rk materia?

Alla f?rs?k att m?ta f?rem?l av outforskad fysisk natur har inte gett framg?ng. 2012 studerades r?relsen av 400 stj?rnor runt solen, men f?rekomsten av dold materia i stora volymer bevisades inte. ?ven om m?rk materia inte existerar i verkligheten s? finns den i teorin. Med dess hj?lp f?rklaras platsen f?r objekt i universum p? deras platser. Vissa forskare hittar bevis p? dold kosmisk massa. Dess n?rvaro i universum f?rklarar det faktum att galaxhopar inte flyger is?r i olika riktningar och h?ller ihop.

M?rk materia - intressanta fakta

Den dolda massans natur f?rblir ett mysterium, men den forts?tter att intressera forskare runt om i v?rlden. Experiment genomf?rs regelbundet f?r att studera sj?lva substansen och dess biverkningar. Och fakta om henne forts?tter att f?r?ka sig. Till exempel:

1. Den mycket hyllade Large Hadron Collider, v?rldens mest kraftfulla partikelaccelerator, skjuter p? alla cylindrar f?r att avsl?ja f?rekomsten av osynlig materia i rymden. V?rldssamfundet v?ntar med intresse p? resultatet.
2. Japanska forskare skapar v?rldens f?rsta karta ?ver dold massa i rymden. Det ?r planerat att vara klart 2019.
3. Nyligen f?reslog den teoretiska fysikern Lisa Randall att m?rk materia och dinosaurier h?nger ihop. Detta ?mne skickade en komet till jorden, som f?rst?rde livet p? planeten.

Komponenterna i v?r galax och hela universum ?r ljus och m?rk materia, det vill s?ga synliga och osynliga objekt. Om modern teknik klarar av studiet av det f?rra, f?rb?ttras metoder st?ndigt, d? ?r det mycket problematiskt att studera dolda ?mnen. M?nskligheten har ?nnu inte kommit att f?rst? detta fenomen. Osynlig, immateriell, men allest?des n?rvarande m?rk materia har varit och f?rblir ett av universums huvudmysterier.

M?rk materia ?r ?nnu en av m?nsklighetens "p? pennans spets" uppt?ckter. Ingen har n?gonsin k?nt det, det avger inga elektromagnetiska v?gor och interagerar inte med dem. I mer ?n ett halvt sekel har det inte funnits n?gra experimentella bevis f?r f?rekomsten av m?rk materia, endast experimentella ber?kningar tillhandah?lls som f?rment bekr?ftar dess existens. Men f?r tillf?llet ?r detta bara en hypotes fr?n astrofysiker. Det b?r dock noteras att detta ?r en av de mest sp?nnande och mycket rimliga vetenskapliga hypoteserna.

Allt b?rjade i b?rjan av f?rra seklet: astronomer m?rkte att bilden av v?rlden som de observerade passar inte in i gravitationsteorin. Teoretiskt sett roterar galaxer, som har den ber?knade massan, snabbare ?n de borde.

Det betyder att de (galaxer) har en mycket st?rre massa ?n vad ber?kningar fr?n de gjorda observationerna antyder. Men eftersom de fortfarande roterar, s? ?r antingen gravitationsteorin inte korrekt, eller s? "fungerar" denna teori inte p? objekt som galaxer. Eller s? finns det mer materia i universum ?n vad moderna instrument kan uppt?cka. Denna teori blev mer popul?r bland forskare, och denna immateriella hypotetiska substans kallades m?rk materia.
Fr?n ber?kningar visar det sig att den m?rka materian i galaxer ?r ungef?r 10 g?nger mer ?n vanligt och olika materier interagerar med varandra endast p? gravitationsniv?n, det vill s?ga m?rk materia manifesterar sig uteslutande i form av massa.
Vissa forskare menar att vissa m?rk materia– Det h?r ?r ett vanligt ?mne, men det avger ingen elektromagnetisk str?lning. S?dana objekt inkluderar m?rka galaktiska glorier, neutronstj?rnor och bruna dv?rgar, s?v?l som andra, fortfarande hypotetiska, rymdobjekt.

Om du tror p? forskarnas slutsatser, samlas vanlig materia (fr?mst i galaxer)
runt omr?den med de t?taste koncentrationerna av m?rk materia. P? det resulterande utrymmet
P? kartan ?r m?rk materia ett oj?mnt n?tverk av gigantiska filament, ?ver tid
?kar och minskar p? platser med galaktiska hopar.

M?rk materia ?r indelad i flera klasser: varm, varm och kall (detta beror p? hastigheten p? partiklarna som den best?r av). S? s?rskiljs varm, varm och kall m?rk materia. Det ?r kall m?rk materia som ?r av st?rst intresse f?r astronomer, eftersom den kan bilda stabila objekt, till exempel hela m?rka galaxer.
Teorin om m?rk materia passar ocks? in i Big Bang-teorin. D?rf?r antar forskare att 300 tusen ?r efter explosionen b?rjade partiklar av m?rk materia f?rst samlas i stora m?ngder, och efter det bildades partiklar av vanlig materia som samlades p? dem av tyngdkraften och galaxer.
Dessa ?verraskande fynd betyder att massan av vanlig materia bara ?r n?gra f? procent av universums totala massa!!!

Det vill s?ga v?rlden som ?r synlig f?r oss ?r bara en liten del av vad universum faktiskt best?r av. Och vi kan inte ens f?rest?lla oss vad detta enorma "n?got" ?r.

Hittills har mysteriet om varifr?n den m?rka materian kom ifr?n inte l?sts. Det finns teorier som tyder p? att den best?r av l?gtemperatur interstell?r gas. I detta fall kan ?mnet inte producera n?gon str?lning. Det finns dock teorier mot denna id?. De s?ger att gasen kan v?rmas upp, vilket leder till att de blir vanliga "baryoniska" ?mnen. Denna teori st?ds av det faktum att massan av gas i kallt tillst?nd inte kan eliminera det underskott som uppst?r.

Det finns s? m?nga fr?gor om teorier om m?rk materia att det ?r v?rt att unders?ka det lite mer.

Vad ?r m?rk materia?

Fr?gan om vad m?rk materia ?r uppstod f?r cirka 80 ?r sedan. Tillbaka i b?rjan av 1900-talet. Vid den tiden kom den schweiziska astronomen F. Zwicky p? id?n att massan av alla galaxer i verkligheten ?r st?rre ?n massan av alla de objekt som kan ses med sina egna gaser i ett teleskop. Alla de m?nga ledtr?darna antydde att det fanns n?got ok?nt i rymden som hade en imponerande massa. Det beslutades att ge namnet "m?rk substans" till denna of?rklarliga substans.

Denna osynliga substans upptar minst en fj?rdedel av hela universum. Det speciella med detta ?mne ?r att dess partiklar interagerar d?ligt med varandra och med vanliga andra ?mnen. Denna interaktion ?r s? svag att forskare inte ens kan uppt?cka den. I sj?lva verket finns det bara tecken p? p?verkan fr?n partiklar.

Studien av denna fr?ga utf?rs av de st?rsta hj?rnorna runt om i v?rlden, s? ?ven de st?rsta skeptikerna i v?rlden tror att det kommer att vara m?jligt att f?nga partiklar av ?mnet. Det mest ?nskv?rda m?let ?r att g?ra detta i en laboratoriemilj?. Arbete utf?rs i gruvor p? stora djup; s?dana f?rh?llanden f?r experiment ?r n?dv?ndiga f?r att eliminera st?rningar som orsakas av partiklar av str?lar fr?n rymden.

Det finns en m?jlighet att mycket ny information kommer att erh?llas tack vare moderna acceleratorer, i synnerhet med hj?lp av Large Hadron Collider.

Partiklar av m?rk materia har en m?rklig egenskap - ?msesidig f?rst?relse. Som ett resultat av s?dana processer uppst?r gammastr?lning, antipartiklar och partiklar (som elektron och positron). D?rf?r f?rs?ker astrofysiker hitta sp?r av gammastr?lning eller antipartiklar. F?r detta anv?nds olika mark- och rymdinstallationer.

Bevis f?r existensen av m?rk materia

De allra f?rsta tvivel om riktigheten av ber?kningar av universums massa, som redan n?mnts, delades av astronomen fr?n Schweiz F. Zwicky. Till att b?rja med best?mde han sig f?r att m?ta hastigheten f?r galaxer fr?n Coma-klustret som r?rde sig runt mitten. Och resultatet av hans arbete f?rbryllade honom n?got, eftersom r?relsehastigheten f?r dessa galaxer visade sig vara h?gre ?n han hade f?rv?ntat sig. Dessutom har han f?rber?knat detta v?rde. Men resultatet blev inte detsamma.

Slutsatsen var uppenbar: klustrets verkliga massa var mycket st?rre ?n den skenbara. Detta kan f?rklaras av det faktum att det mesta av det som finns i denna del av universum inte kan ses, och det ?r ocks? om?jligt att observera det. Detta ?mne uppvisar sina egenskaper endast i form av massa.

Ett antal gravitationsexperiment har bekr?ftat f?rekomsten av osynlig massa i galaxhopar. Relativitetsteorin har en viss tolkning av detta fenomen. Om du f?ljer den kan varje massa deformera rymden, dessutom b?jer den, som en lins, det direkta fl?det av ljusstr?lar. Galaxhopen orsakar distorsion, dess inflytande ?r s? starkt att det blir m?rkbart. Synen p? galaxen som ligger direkt bakom klustret ?r mest f?rvr?ngd. Denna f?rvr?ngning anv?nds f?r att ber?kna hur materien ?r f?rdelad i detta kluster. S? h?r m?ts verklig massa. Det visar sig alltid vara flera g?nger st?rre ?n massan av synlig materia.

Fyra decennier efter arbetet med pionj?ren p? detta omr?de, F. Zwicky, tog den amerikanske astronomen V. Rubin upp denna fr?ga. Hon studerade den hastighet med vilken materia, som ligger vid galaxens kanter, roterar runt galaxens mitt. Om vi f?ljer Keplers lagar om tyngdlagarna, s? finns det ett visst samband mellan galaxernas rotationshastighet och avst?ndet till centrum.

Men i verkligheten visade m?tningar att rotationshastigheten inte f?r?ndrades med ?kande avst?nd till centrum. S?dana data kan bara f?rklaras p? ett s?tt - galaxens materia har samma densitet b?de i mitten och vid kanterna. Men det synliga ?mnet hade en mycket st?rre t?thet i mitten och k?nnetecknades av gleshet i kanterna, och bristen p? densitet kunde bara f?rklaras av n?rvaron av n?got ?mne som inte var synligt f?r ?gat.

F?r att f?rklara fenomenet ?r det n?dv?ndigt att det finns n?stan 10 g?nger mer av denna osynliga materia i galaxer ?n den materia vi kan se. Detta ok?nda ?mne kallas "m?rk materia" eller "m?rk materia". Hittills ?r detta fenomen det mest intressanta mysteriet f?r astrofysiker.

Det finns ytterligare ett argument som talar f?r bevis p? f?rekomsten av m?rk materia. Det f?ljer av ber?kningar som beskriver processen f?r hur galaxer bildades. Man tror att detta b?rjade ungef?r 300 000 ?r efter Big Bang intr?ffade. Ber?kningsresultaten s?ger att attraktionen mellan de materialfragment som uppstod under explosionen inte kunde kompensera f?r den kinetiska energin fr?n expansionen. Det vill s?ga, materien kunde inte koncentreras till galaxer, men vi kan se det idag.

Detta of?rklarliga faktum kallas galaxparadoxen; det citerades som ett argument som f?rst?r Big Bang-teorin. Men man kan se det fr?n andra sidan. N?r allt kommer omkring kunde partiklar av den vanligaste materien blandas med partiklar av m?rk materia. D? blir ber?kningarna korrekta, och hur galaxer bildades d?r mycket m?rk materia hade samlats och partiklar av vanlig materia redan hade anslutit sig till dem p? grund av gravitationen. N?r allt kommer omkring utg?r vanlig materia en liten del av universums totala massa.

Synlig materia har en relativt l?g densitet j?mf?rt med m?rk materia eftersom den ?r 20 g?nger t?tare. D?rf?r ?r de 95 % av universums massa som saknas enligt forskarnas ber?kningar m?rk materia.

Detta ledde dock till slutsatsen att hela den synliga v?rlden, som hade studerats upp och ner, s? v?lbekant och begriplig, bara var ett litet till?gg till det som faktiskt utgjorde.

Alla galaxer, planeter och stj?rnor ?r bara en liten bit av n?got som vi inte har n?gon aning om. Det ?r detta som avsl?jas, men det verkliga ?r dolt f?r oss.

En teoretisk konstruktion inom fysiken som kallas Standardmodellen beskriver v?xelverkan mellan alla elementarpartiklar som ?r k?nda f?r vetenskapen. Men detta ?r bara 5% av den materia som finns i universum, de ?terst?ende 95% ?r av helt ok?nd natur. Vad ?r denna hypotetiska m?rka materia och hur f?rs?ker forskare uppt?cka den? Hayk Hakobyan, MIPT-student och anst?lld vid institutionen f?r fysik och astrofysik, ber?ttar om detta som en del av ett speciellt projekt.

Standardmodellen f?r elementarpartiklar, som slutligen bekr?ftades efter uppt?ckten av Higgs-bosonen, beskriver de grundl?ggande interaktionerna (elektro-svaga och starka) mellan de vanliga partiklarna vi k?nner till: leptoner, kvarkar och kraftb?rare (bosoner och gluoner). Det visar sig dock att hela denna enorma komplexa teori bara beskriver cirka 5-6% av all materia, medan resten inte passar in i denna modell. Observationer av de tidigaste ?gonblicken i v?rt universum visar oss att ungef?r 95 % av den materia som omger oss ?r av helt ok?nd natur. Med andra ord, vi ser indirekt n?rvaron av denna dolda materia p? grund av dess gravitationsinflytande, men vi har ?nnu inte direkt kunnat f?nga den. Detta dolda massfenomen har kodnamnet "m?rk materia".

Modern vetenskap, s?rskilt kosmologi, arbetar enligt Sherlock Holmes deduktiva metod

Nu ?r huvudkandidaten fr?n WISP-gruppen axionen, som uppst?r i teorin om den starka interaktionen och har en mycket liten massa. En s?dan partikel kan f?rvandlas till ett foton-fotonpar i h?ga magnetf?lt, vilket ger tips om hur man kan f?rs?ka uppt?cka den. ADMX-experimentet anv?nder stora kammare som skapar ett magnetf?lt p? 80 000 gauss (det ?r 100 000 g?nger jordens magnetf?lt). I teorin borde ett s?dant f?lt stimulera s?nderfallet av en axion till ett foton-fotonpar, vilket detektorer borde f?nga upp. Trots m?nga f?rs?k har det ?nnu inte varit m?jligt att uppt?cka WIMPs, axioner eller sterila neutriner.

S?ledes har vi rest genom ett stort antal olika hypoteser f?r att f?rs?ka f?rklara den m?rkliga n?rvaron av den dolda massan, och efter att ha f?rkastat alla om?jligheter med hj?lp av observationer har vi kommit fram till flera m?jliga hypoteser som vi redan kan arbeta med.

Ett negativt resultat i vetenskapen ?r ocks? ett resultat, eftersom det ger begr?nsningar f?r olika parametrar f?r partiklar, till exempel eliminerar det omf?nget av m?jliga massor. Fr?n ?r till ?r ger fler och fler nya observationer och experiment i acceleratorer nya, str?ngare begr?nsningar f?r massan och andra parametrar f?r m?rk materia partiklar. S?ledes, genom att kasta ut alla om?jliga alternativ och minska kretsen av s?kningar, kommer vi dag f?r dag n?rmare att f?rst? vad 95% av materien i v?rt universum best?r av.