Темну матерію називають темною не тому, що вона чорного кольору, а тому що вона уособлює собою “темну конячку” в прямому сенсі слова: ніхто досі достовірно не знає що це таке.
ТЕМНА МАТЕРІЯ – ЦЕ ОДИН З КОМПОНЕНТІВ ВСЕСВІТУ, ІСНУВАННЯ ЯКОГО ВИЯВЛЕНО ЛИШЕ ЗА ГРАВІТАЦІЙНИМ ВПЛИВОМ НА ВИДИМУ МАТЕРІЮ І НА ФОНОВЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ, ОСКІЛЬКИ ВОНА НЕ РОЗСІЮЄ ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ І НЕ БЕРЕ УЧАСТІ У СИЛЬНІЙ ВЗАЄМОДІЇ.
Щоб зрозуміти як вчені прийшли до ідеї темної матерії та яку роль вона виконує, давайте уявимо, що галактика – це гігантська карусель, на якій катаються зірки. Щоб не впасти, зірка повинна міцно триматися, інакше вона полетить в космос. В цей процес і підключається гравітація. Але проблема в тому, що сили гравітації від зірок, які ми спостерігаємо, недостатньо для того щоб скріпити цілі галактики. Якщо міркувати логічно, зорі повинні розлітатися з каруселі! Але вони не розлітаються, їх наче тримає якась невидима мотузка. Фізики вважають, що цією мотузкою служить гравітація від чогось невидимого – звідси і назва “темна матерія”.
Вчені, спостерігачи за структурами галактик та їх інтерпритацією в рамках теорії Великого Вибуху, встановили, що темна матерія становить 21% від сумарної густини усіх компонентів Всесвіту. Для порівняння, звичайна речовина становить лише 4% від сумарної густини Всесвіту, решта густини — 75% припадає на темну енергію. Якщо не брати до уваги темну енергію, то темна матерія становить близько 80% від густини матерії Всесвіту, а звичайна (видима) матерія становить лише близько 20%.
Широке розповсюдження термін отримав після робіт Фріца Цвіккі в 1933 році. Вчений вимірював радіальні швидкості восьми галактик в скупченні Кома і виявив, що для стійкості скупчення необхідно припустити, що його повна маса в десятки разів більша, ніж маса зірок, що входять в його склад. Згодом, інші вчені зробили такі ж виснови щодо інших досліджуваних галактик. Починаючи з 1960-х років, коли почався бурхливий прогрес спостережувальних засобів астрономії, число аргументів на користь існування темної матерії стрімко зросло.
Видимий нами матеріал називають баріонною матерією. Вона представлена протонами, нейтронами і електронами. Небаріонна матерія може включати в себе такі елементи теоретичних моделей: легкі та важкі нейтрино, аксіони, косміони, суперсиметричні частинки тощо. Існує думка, що темна матерія може поєднувати в собі баріонну і небаріонну матерію. Але вчені все ж таки схиляються до думки, що до складу темної матерії входять частинки саме небаріонної матерії, адже якби темна матерія реагувала з баріонами, то ми могли б її безпосередньо спостерігати. Класифікувати темну матерію можливо за температурою, при якій взаємодія з баріонними речовинами припинилася на ранніх етапах еволюції Всесвіту. Згідно з цим, виділяють гарячу, теплу та холодну темну матерію. Щоб Всесвіт залишався в звичній цілісності, темна матерія має бути присутня в кількості не менше 80%.
Щоб відшукати темну матерію, вчені застосовують різні методи:
- Великий адронний колайдер.
- Інструменти, на зразок WNAP і космічну обсерваторію Планка.
- Експерименти прямого огляду: ArDM, CDMS, Zeplin, XENON, WARP і ArDM.
- Непряме виявлення: детектори гама-променів (Фермі), нейтрино телескопи (IceCube), детектори антиречовини (PAMELA), рентгенівські і радіо -датчики.
Ще ні разу вчені не змогли в буквальному сенсі побачити темну матерію, тому що вона не контактує з баріонами, а значить, залишається невловимою для світла та інших різновидів електромагнітного випромінювання. Але дослідники впевнені в її присутності, так як спостерігають за її впливом на галактики та скупчення. Темна матерія бере на себе більше 80% невидимої матерії від усієї її кількості у Всесвіті. Проблема в тому, що темна матерія слабко взаємодіє з реальним світом, тільки на рівні гравітації, тому зловити, зафіксувати або створити її неможливо на даний момент.
