Освещенная темная материя, ежедневная газета Junge Welt, 24 марта 2026 г.

Одной из основных областей астрофизики сегодня являются исследования темной материи. Это важно, потому что наши астрономические наблюдения по сути не имеют реального смысла: все звезды, галактики и другие структуры, с которыми имеет дело астрофизика, взаимодействуют в первую очередь через гравитационную силу, которая относительно слаба по сравнению с другими фундаментальными силами, такими как электромагнетизм, но оказывает влияние на очень большие расстояния. Но если мы посчитаем, как движется материя в галактике по закону гравитации, то увидим, что большинство галактик должно иметь совершенно иную форму и размер, чем мы наблюдаем. Однако то, что мы видим, можно объяснить, если предположить, что большая часть космической материи испытывает гравитационное воздействие, но в остальном не видна. Явления с такими свойствами обобщены под термином «темная материя».

У многих возникает коленный рефлекс, когда они заявляют, что, возможно, с законом гравитации что-то не так, что он нуждается в крупномасштабной корректировке – и на самом деле некоторые эксперты по темной материи убеждены в этой идее. Однако большинство экспертов предполагают, что во Вселенной на самом деле много невидимой материи. Это более правдоподобно, поскольку в галактиках очень разные пропорции темной материи, и это явление распространяется на несколько космических масштабов. Если бы за это отвечала неоткрытая сила или модифицированный закон гравитации, этот эффект должен был бы проявляться во Вселенной крайне неравномерно; общий закон едва ли возможно сформулировать. Моделирование теперь может рассчитать, как темная материя должна быть распределена во Вселенной. Однако остается загадкой вопрос о том, из чего состоит темная материя.

Долгое время нейтрино было многообещающим кандидатом на роль основного строительного блока темной материи. Эти элементарные частицы чрезвычайно легки и электрически нейтральны. Они возникают в результате многих квантово-физических эффектов, таких как ядерный синтез в звездах. Хотя нейтрино чрезвычайно распространены и их трудно обнаружить, они настолько легки, что в целом их недостаточно, чтобы считаться темной материей. Другая теория состоит в том, что темная материя состоит из черных дыр, а это предполагает, что они встречаются гораздо чаще, чем обычно предполагается. Черные дыры — это остатки сверхтяжелых звезд. Они обладают гравитационным эффектом и не излучают свет. Однако их можно наблюдать косвенно, поскольку они настолько массивны, что перенаправляют свет других объектов и тем самым образуют так называемые гравитационные линзы. Это приводит к тому, что другие астрономические объекты кажутся искаженными, а иногда и увеличенными или удвоенными. Чтобы считаться темной материей, должно быть много черных дыр, которые настолько малы, что не производят легко наблюдаемых эффектов гравитационного линзирования и поэтому до сих пор остаются незамеченными. И они должны были бы быть относительно равномерно распределены по всей нашей галактике. Однако до сих пор нет многообещающих эмпирических доказательств такого распределения черных дыр.

Согласно другой теории, темная материя состоит из элементарных частиц, которые не фигурируют в нашей стандартной модели физики элементарных частиц и еще не наблюдались где-либо еще. Вероятно, потому, что, как и нейтрино, они мало или вообще не взаимодействуют с другими частицами, за исключением своей гравитации. Предполагается, что эти неоткрытые частицы особенно тяжелы, поскольку, взятые в целом, они должны образовывать массу космических размеров. Поэтому этим гипотетическим частицам дали название «Слабо взаимодействующая массивная частица» (ВИМП). Однако астрономические наблюдения обычно основаны на наблюдении электромагнитных волн (например, оптического света), поэтому очень сложно обнаружить частицы, которые не светятся и, поскольку они не взаимодействуют электромагнитно, не поглощают свет.

Однако вимпы можно обнаружить косвенно: физика элементарных частиц знает, что у большинства элементарных частиц есть античастица, также называемая антивеществом. Если частица встречается с античастицей, они уничтожают друг друга и рождаются фотоны, обычно в виде гамма-излучения (гамма-фотоны — это легкие частицы с очень высокой энергией; их классифицируют как радиоактивное излучение). Эти гамма-лучи можно было наблюдать. На самом деле существуют космические источники гамма-лучей, причина которых не совсем ясна и которые наблюдаются в настоящее время. Центр Млечного Пути, например, излучает много гамма-излучения.

Томонори Тотани из Токийского университета недавно представил новый анализ гамма-спектра в центре нашего Млечного Пути. Он опирается на данные наблюдений космического телескопа Ферми, который специализируется на гамма-лучах. Они на удивление хорошо соответствуют процессам распада частиц, которые Тотани предполагает для распада вимпов. Это еще не доказательство существования невидимых частиц, тем более, что результаты еще необходимо проверить путем повторных наблюдений, но они являются доказательством вимп-теории темной материи, которую нельзя сразу же отбросить. Было бы особенно интересно, если бы будущие наблюдения обнаружили аналогичный спектр в других галактиках с высокой долей темной материи. Однако даже тогда вполне возможно, что эти спектры генерируются совершенно другим процессом, не имеющим ничего общего с темной материей. Таким образом, феномен темной материи пока останется темным.