Новая теория объединяет тёмные силы Вселенной

По устоявшемуся мнению астрофизиков, тёмная материя – это скрытая масса, необходимая для удерживания вместе быстро вращающихся галактик. Общепринято думать, что эта материя состоит из каких-то, пока неопределённых, частиц, которые не взаимодействуют со светом и обыкновенной материей. При этом она является основным, вездесущим элементом устройства Вселенной, без которого не могут существовать скопления галактик.           

С другой стороны, понимание тёмной энергии необходимо для того, чтобы объяснить недавно обнаруженное ускорение расширения Вселенной. Предполагается, что она, как уже было сказано, распространена повсеместно и служит силой, которая противодействует гравитации.

Весь парадокс состоит в том, что одна и та же субстанция является одновременно основой для существования гравитации галактик и антигравитационной силой для Вселенной. Тем не менее, Гонг-Шенг Джао (HongSheng Zhao) из Университета Сент-Андрус, Шотландия, заявил, что некая тёмная жидкость может действовать подобно тёмной материи, когда её плотность достигает высокой отметки.

«Тёмная энергия свойственна безвоздушному пространству – точнее,  полям, которые не так просто увидеть, – сказал Джао для Space.com. – Из этого мы можем получить явление тёмной материи».

Джао сравнивает тёмную жидкость с атмосферой Земли. Атмосферное давление заставляет воздух расширяться, но при этом часть воздуха может стягиваться, образуя облака. Так же ведёт себя и тёмная жидкость – она расширяется, но при этом скапливается вокруг галактик, чтобы удерживать их вместе.   

Объединение теорий

Гонг-Шенг Джао  – не первый теоретик, который пытается подогнать теории тёмной энергии и тёмной материи на основе одной концепции.

Идею о существовании тёмной жидкости ещё несколько лет назад вместе со своими коллегами разработал Педро Феррейра (Pedro Ferreira) из Оксфордского университета.

«В основе нашей теории лежит предпочтительное направление времени, в каком-то смысле особая временная рамка, – уточнил Феррейра. – Интересно также то, что она корректирует общую теорию относительности Эйнштейна».

Данная теория о тёмной жидкости очень напоминает мысль о существовании, так называемого, «эфира», невидимой материи, через которую, как думали физики, проходит свет. Теория же относительности полностью отвергает идею об эфире, ибо в этом веществе нет никакой необходимости. Однако космологи недавно пришли к выводу, что эфироподобная субстанция может имитировать тёмную материю.  

Существование такого вещества меняет принцип работы гравитации, что можно наиболее чётко наблюдать на дальних рубежах галактики, где сила притяжения обычно небольшая, но эфир её усиливает.    

Как пояснил Феррейра, эфир «значительно смягчает пространство-время в областях [гравитационного] ускорения, делая его более чувствительным к присутствию материи, чем обычно».

В недавней статье издания “Astrophysical Journal Letters” сообщается, что Джао усовершенствовал этот подход и обнаружил, что он соответствует множеству данных астрономических наблюдений.   

«Мне нравится модель, предложенная Джао, тем, что она показывает предикативность этих теорий, поэтому, если её тщательно разработать, модель сможет быть проверена эмпирическими способоми», – сказал Педро Феррейра.

Здесь имеется в виду то, что тёмная жидкость разделяется на две части: тёмную энергию и тёмную материю с абсолютно тем же коэффициентом, который виден из наблюдений (тёмная энергия составляет примерно 75% всей массы-энергии Вселенной, в то время как тёмная материя – 21, а обыкновенная – лишь 4%).   

Несмотря на вездесущность жидкости, Джао обнаружил, что она не влияет на движение Земли и других планет. По его словам, это «обнадёживает», так как данные показывают, что наша Солнечная система подчиняется традиционным законам гравитации с наивысшей точностью.   

Также интересен тот факт, что тёмная жидкость влияет на скорость вращения галактик. 75 лет назад астрономы заметили, что галактики вращаются быстрее, чем они ожидали, опираясь данные о количестве обыкновенной светопропускающей материи, которую содержали в себе галактики. По-видимому, именно воздействие тёмной материи увеличивает скорость вращения галактик.  

Однако Джао показал, что тёмная жидкость может сдерживать галактики от удаления друг от друга так же, как и тёмная материя.  

Учёный также проверил свою модель на скоплении галактик, где столкновение частиц высвободило пулевидные массы горячего газа из их оболочки из тёмной материи, которая стала видна, как плакированное железом вещество. Это является доказательством для традиционных теорий о тёмной материи, но Джао заявляет, что тёмная жидкость может создавать абсолютно такой же эффект.

Кристиан Бёмер (Christian Boehmer) из колледжа Лондонского университета сомневается, что модель Джао полностью соответствует имеющимся данным о галактиках.

«Тёмная энергия», «тёмная материя» - скрывается ли истина под этими названиями?

Если тёмная жидкость действительно имитирует эффект тёмной материи, то учёные напрасно ищут частицу тёмной материи, часто называемую слабовзаимодействующей элементарной частицей.

На данный момент исследователи пытаются определить редкие столкновения таких частиц на Земле и наблюдать гамма-лучи, исходящие от частиц при их саморазрушении.     

«Пытаться напрямую выявить это явление очень трудно», – сказал Джао. Слабовзаимодействующие элементарные частицы действительно могут существовать, но их количество не так велико, как это прогнозировалось.

Мысль о существовании слабовзаимодействующих элементарных частицах значительно усложняет осмысление природы тёмных сил Вселенной.

Однако пока немногие учёные-космологи готовы отвергнуть теорию тёмной материи. Идея о тёмной жидкости появилась совсем недавно, и некоторые её аспекты требуют доработки, в то время как теория тёмной материи уже существует достаточно долгое время.

«Ныне существующая модель [тёмной материи] наиболее чётко соответствует нашей информации о галактиках, поэтому она является наиболее надёжной из тех, что сейчас у нас имеются», – заявил Бёрмер.

Тем не менее, Бёрмер согласен с тем, что для космологии является пока совершенно непонятным, как тёмная материя и тёмная энергия могут составлять 95% Вселенной.

«Честно говоря, всё это лишь красивые слова, которыми мы пытаемся назвать, то чего не понимаем», – признался он.

Также Бёрмер добавил, что учёные-космологи с радостью примут ту модель, которая будет наиболее чётко объяснять природу тёмных сил и выражаться всего в одном слове.