art_afrodiziak (art_afrodiziak) wrote,
art_afrodiziak
art_afrodiziak

Categories:

Карта темной материи

hubblenasacrewfixing


m31-irac_f

Астроном Ричард Мэсси семь лет работал над доказательством существования темной материи, невидимой субстанции, окутывающей, по-видимому, все галактики в космосе. Детально исследуя небольшой уголок вселенной, он пытается составить первую карту темной материи. Космический телескоп Хаббла способен видеть невероятное количество галактик с огромным разрешением. Это дает нам возможность с большой точностью измерять их форму, а уже искажения формы, когда свет от них искривляется на пути к нам, минуя темную материю, дают представление, собственно, о невидимой части вселенной. Огибая свой путь по направлению к Земле, минуя галактику за галактикой, свет очерчивает контуры на карте темной материи. И для одного участка вселенной он сделал невидимое видимым.

3dmapdarkmatter-640x433

У нас впервые есть трехмерная карта того, как на самом деле может выглядеть вселенная и ее главных составляющих.И если бы какой-нибудь пришелец попал в нашу вселенную и начал осматриваться, то если бы он мог видеть все ее составляющие, именно так по его мнению она бы выглядела. Это космический бульон из темной материи и там, где он гуще, образуются галактики.

dark_matter_light

Здесь мы видим ту же картину темной материи, но с обратной стороны. Слева видно расположение галактик и газа во вселенной – привычной нам материи. Каждому значительному скоплению галактик соответствует большой сгусток темной материи. Совместив крупное скопление на левой картинке с соответствующим гало темной материи на правой картинке, мы обнаружим, что они совпадают и что обычная материя словно находится в каркасе из темной материи. И то, что Ричарду удалось проделать с одним уголком неба, Карлос Фрэнкпроделал с помощью моделирования со всей вселенной.

cosmic_web_1-640x418

cosmicweb2

Мы видим сложную картину, образуемую темной материей, сеть из волокон и пучков, которую мы называем космической Паутиной. Именно внутри таких скоплений темной материи, по всей видимости, формировались галактики наподобие нашего Млечного пути по мере того, как в них накапливался весь этот газ, образуя в конечном счете звезды. Темная материя — это скелет вселенной. Это каркас, позволяющий галактикам формироваться. Совершенно удивительный вывод: темная материя дала возможность образоваться всему, что нам известно. Без нее не было бы галактик, без галактик — не было бы звезд, без звезд — не было бы планет, а без планет не было бы и жизни. Темная материя — идея, вдруг возникшая 40 лет назад – теперь уже гораздо больше чем просто идея. Она может оказаться ключом к самому нашему существованию, и мы, хотя и медленно, но все ближе к пониманию того, как она устроена. Нам известно, что она не взаимодействует со светом. Также мы знаем, что она чувствительна к гравитации. Затем, в 2004-м году с помощью телескопа было получено вот это изображение, и мы узнали о темной материи еще кое-что.

crushgalaxy-640x474

В четырех миллиардах световых лет от нас, а это треть поперечника известной нам вселенной, сталкиваются два скопления галактик. Удар невероятной силы: триллионы звезд врезаются друг в друга на скорости 5000 километров в секунду. Одно скопление под действием ударной волны деформировалось в виде пули, в результате чего самое это событие стали называть Столкновением скопления Пули. Это своеобразное космическое представление, развлекающее астрономов. Но что гораздо интереснее, оно открывает нам, что темная материя еще более необычна, чем кто-либо мог себе представить. Скопление Пули — это, вообще говоря, два разных скопления галактик, каждое из которых содержит темную материю, показанную здесь синим, и обычное вещество, показанное розовым.



И когда они врезались друг в друга, это была своего рода гигантская автомобильная авария в космосе. Обычное вещество замедлилось – начало излучать в рентгеновском диапазоне и замедляться. И практически остановилось непосредственно вблизи от точки удара. Темная материя, показанная синим, в свою очередь продолжила двигаться и оказалась гораздо дальше от точки столкновения, чем обычное вещество. Обычное вещество вело себя, собственно, так, как и следовало ожидать – оно просто-напросто остановилось. Темная же материя повела себя принципиально иначе: она практически не взаимодействует каким-либо образом и при столкновении просто проходит насквозь. Она продолжила движение, и в итоге мы видим, что она оказалась дальше от места «аварии», чем обычное вещество, которое просто остановилось. Столкновение Пули – наилучшее свидетельство того, что у этого недостающего вещества, которое астрономы искали десятки лет, чрезвычайно непохожие на обычное свойства. Это нечто совершенно новое, о чем науке известно крайне мало. Оно практически не взаимодействует с обычным веществом и даже с самим собой. И когда два сгустка темной материи сталкиваются, они этого даже не замечают: они просто проходят насквозь. Космические катастрофы на другом конце вселенной доказали, что темная материя есть и она совершенно не похожа ни на что из того, что нам известно – невидимая и неосязаемая словно призрак. Найдем ли мы когда-нибудь способ взглянуть хотя бы на ее частичку? Некоторые ученые полагают, что это возможно, но чтобы обнаружить его, они обращают свой взгляд совсем не к небу. Вместо этого они устремляются к глубочайшим недрам Земли.

the_dark-matter-640x640

Вы, я, Солнце, звёзды — всё, что мы видим имеет одну общую черту. Мы все состоим из атомов. Атомы образуют практически всю материю в известной нам вселенной, и все же…Во вселенной есть гораздо больше — неизвестная сторона, которую мы только начали различать. Наши тела, наши дома, весь мир и даже бесконечная пустота космоса буквально переполнены таинственной субстанцией — настолько странной формой материи, что многие ученые сомневались, что она вообще существует. Но в 2009-м году с помощью невероятно чувствительного детектора удалось-таки уловить ее мельком. Это открытие, потрясшее мир, заставило нас пересмотреть свое место во вселенной и даже свою собственную судьбу.
В 60-х годах молодой астроном по имени Вера Рубин решила исследовать до сих пор малоизученную область космоса. Сперва Вера направила свой телескоп на ближайшую к нашему Млечному Пути галактику — Андромеду. Как и у большинства других, у нее наблюдалась плотная центральная выпуклость, состоящая из звезд. Вера предполагала, что миллиарды звезд кружились вокруг центрального уплотнения, вращаясь наподобие планет в Солнечной системе, подчиняющихся ньютоновским законам гравитации.

Чем дальше от центра тем медленнее они движутся по орбите. Марс движется медленнее всего, Земля — следующая за ним. Меркурий же движется быстрее всех. Поскольку сила гравитации, действующая на Марс, значительно слабее, чем для Меркурия, то и скорость его орбитального вращения, соответственно, ниже.

Такую же картину Вера ожидала увидеть, изучая и движение звезд в галактиках. Чем дальше от центра, тем медленнее они должны были вращаться. Но в действительности все оказалось иначе. Ушло около двух лет на то, чтобы вычислить скорости 90 звезд в галактике Андромеды. И результаты оказались более чем поразительными.
Выяснилось, что все звезды двигались с одной и той же скоростью, с одной и той же величиной — 250 километров в секунду. В течение следующих нескольких лет на какую бы галактику Вера ни взглянули, получались все те же, казалось бы, бредовые результаты. Все звезды вплоть до самого края галактик двигались с одинаковой скоростью — совершенно не так, как устроена Солнечная система.
Единственным объяснением было то, что гравитация не ослаблялась по мере удаления звезды от центра галактики. Но это могло быть только в том случае, если масса галактик превышала ранее наблюдаемую астрономами. Объяснение состояло в том, что должны были иметься весьма значительные количества невидимой материи. Вообще говоря, вероятно, до 90-95% материи внутри галактики невидимы. Это была поистине революционная идея. Галактики могли оказаться наполнены невидимой глазу субстанцией, чем-то, что ученые могли называть лишь темной материей. Но настолько радикальная теория нуждалась в неопровержимых свидетельствах. Вскоре десятки астрономов стали перепроверять наблюдения Веры, пытаясь либо доказать ее ошибку, либо выяснить, что это за темная материя и где она может быть.
По другую сторону Атлантики, в Англии, ведущий космолог Карлос Френк принялся исследовать концепцию темной материи, но не с помощью телескопов, а с помощью уравнений.

Возьмите ньютоновские законы гравитации и постройте на их основе сложнейшую компьютерную модель. Затем сходите перекусить. Это космологическая машина, огромный суперкомпьютер, единственное назначение которого — моделировать вселенную. Он состоит из 1300 компьютеров, работающих сообща. Но даже несмотря на это целый месяц уходит на то, чтобы произвести моделирование лишь малой части нашей вселенной. Невероятная вычислительная мощь, почти за пределами воображения, но именно она нужна, если вы собираетесь воспроизвести вселенную.

Карлос начал свое моделирование с того, из чего, как полагают ученые, состояла ранняя вселенная — с гигантского облака газа посреди пустоты.
Затем он откинулся и стал ждать, сможет ли его космологическая машина соорудить такую же галактику, как те, что мы наблюдаем.

Что происходит, когда вы пытаетесь смоделировать на компьютере формирование галактики используя известную нам материю? Происходит то, что попытка оканчивается неудачей. Звезды образуются, развиваются, самые крупные из них взрываются в виде сверхновых, излучая большое количество энергии. Но тем не менее гравитации недостаточно, чтобы удерживать весь этот газ, и галактика, по существу, разлетается на части. Газ рассеивается, не оставляя практически ничего. Но наша вселенная устроена совершенно не так.

Тогда Карлос начал добавлять в свои уравнения темную материю — сначала понемногу, затем больше и в конце концов — в пять раз больше, чем видимой материи. И спустя несколько недель его космологическая машина выдала кое-что странное — странное, потому что оно было так знакомо. Спустя примерно миллиард лет после Большого Взрыва образовались сгустки темной материи. Газ притягивался к ним, превращаясь в звезды. И притягиваемые темной материей, ее гравитацией, эти сгустки объединялись, сливаясь и образуя все более крупные структуры, пока, наконец, спустя 10 миллиардов лет не появилась симпатичная спиральная галактика, совсем как наш Млечный Путь. Карлос показал, как формировались бы галактики, если бы они включали темную материю. Но есть ли способ доказать, что все происходило именно так?
В шотландском Эдинбурге Ричард Мэсси все еще пытается ответить на этот вопрос и прокладывает новый путь к обнаружению темной материи — гравитационное линзирование. И все благодаря гениальности этого человека. Альберт Эйнштейн взглянул на пространство по-новому — как на гибкий и податливый материал, испытывающий воздействие гравитации. Все, что обладает массой — звезда или галактика — может искривлять пространство и выступать в результате в роли линзы. Поскольку искривляется пространство, искривляется также и свет, путешествующий по нему. Темная материя не отражает свет, не поглощает и не испускает его. Свет просто проходит сквозь нее нетронутым.



Поэтому мы должны искать что-то другое — то, как она воздействует своей гравитацией на окружающие вещи, что мы могли бы увидеть. Эта идея отклоняемого или изгибаемого искривленным пространством света звучит дико, но на самом деле в этом нет ничего необычного. Ми видим искривленный свет каждый раз, когда смотрим на дно бокала. Хотя дно бокала прозрачно и свет свободно проходит сквозь него, вы все равно понимаете, что оно материально, потому что вы видите искаженное изображение того, что снизу. Та же самая история и с темной материей. Она отклоняет свет — хотя и с помощью других физических механизмов, но результат тот же: изображения далеких галактик искажаются всякий раз, когда впереди оказывается темная материя.
Два года Ричард руководил международной группой астрономов и дирижировал целым взводом телескопов, прочесывая небо по кусочку в поисках любых признаков гравитационных линз.
gravlinz-640x484

Здесь мы видим гравитационные линзы в действии. Все эти желтые пятна — это галактики из группы, находящейся достаточно недалеко от нас. Вот эти странные фигуры, эти дуги — в действительности это более далекие галактики, и свет от них должен как-то оказаться впереди этих желтых пятен, которые расположены ближе к нам. И поскольку они искривляют пространство, искривляется и свет тех далеких галактик, искажая их изображение в виде вот таких вот округлых дугообразных узоров.
Но произведя расчеты над величиной искривления света далеких галактик и массой тех, что расположены ближе, Ричард обнаружил, что свет искривляется сильнее, чем должен. Его вывод? Все эти галактики должна окутывать невидимая пелена темной материи.
Исходя из степени гравитационного линзирования, которое они оказывают, мы выяснили, что темной материи в них в пять раз больше, чем обычного материала. То есть, то, что мы видим, — лишь верхушка айсберга, и большую часть вселенной составляет темная материя.
Куда бы ни заглянули астрономы, они начинают ощущать навязчивое присутствие темной материи. Но Ричард Мэсси намерен пойти дальше и получить первое изображение этого космического монстра. В результате темная материя может оказаться гораздо важнее, чем мы могли вообразить.
zo8.ru
Tags: астрономия, астрофизика, вселенная, галактика, космологистика, космонавтика, космос, материя, наука, планета, природа, темная материя, физика
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments