Что такое Темная Материя?

продолжение статьи с сайта Чандры о Темной Материи.

Часть 1 | Часть 2 | Часть 3

В свете таких убедительных доказательств того, что большинство материи во Вселенной - Темная, самым насущным вопросом современной астрофизики является следующий - Что же такое эта самая Темная Материя?

На этот вопрос ответа еще пока нет, но со все возрастающей уверенностью можно сказать, чем она точно не является. Детальные наблюдения фонового реликтового излучения спутником WMAP показывают, что темная материя не может быть некоей формой обычной, барионной материи - протонов и нейтронов, которые образуют звезды, планеты и межзвездную материю. Это касается также горячего и холодного газа, коричневых карликов, красных и белых кардиков, нейтронных звезд и черных дыр.

Черные дыры могли бы показаться идеальным кандидатом на роль темной материи - они действительно очень темные. Но черные дыры звездной массы создаются коллапсом массивных звезд, которых значительно меньше, чем обычных, содержащих по крайней мере одну пятую массы темной материи. Также процессы, которые создадут черных дыр в количестве, достаточном для объяснения темной материи, произведут огромное количество энергии и тяжелые элементы. Подтверждения такой гипотезе нет.

Небарионные кандидаты могут быть сгруппированы в три широкие категории - горячую, теплую и холодную. Горячая темная материя относится к частицам - таким, как известные типы нейтрино, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света, когда комки материи, из которых потом образуются первые галактики и скопления галактик, только начали формироваться. Холодная темная материя относится к частицам, которые двигались медленно в тот же период жизни Вселенной, а теплые - со средней скоростью.

Эта классификация должна иметь подтверждение на основе наблюдений размера куч материала, которые могли бы сжиматься в расширяющейся Вселенной. Горячие частицы темной материи движутся так быстро, что комки массой с галактику должны были быстро рассеяться, смогли бы сформироваться только облака с массой в тысячи галактик - размером с целое скопление галактик. Отдельные галактики сформировались бы позднее, при дефрагментации облаков размером со скопление, в процессе сверху - вниз.

Холодная же темная материя, напротив, смогла бы сжаться в комья размером с галактику или меньше. Тогда галактики объединялись бы в скопления в процессе снизу-вверх.

Наблюдения Чандры показывают много примеров, когда скопления создаются слиянием групп и малых скоплений. Это, как и другие доказательства, показывает, что галактики старше, чем группы и скопления и являются сильным аргументом, подтверждающим гипотезу холодной темной материи.

 Главные кандидаты на частицы холодной темной материи - т.н. WIMPs, Слабо Взаимодействующие Массивные Частицы. WIMPs не предсказываются Стандартной Моделью, но все попытки создать универсальную теорию всех элементарных частиц предполагают, что WIMPs создавались в огромных количествах, когда Вселенной было всего доля секунды от роду.

Типичная WIMP, согласно прогнозам, должна быть в 100 раз массивнее, чем атом водорода. Воображаемый зоопарк частиц мог бы пополниться такими WIMPs как нейтралино, гравитино, и аксино. Еще одна гипотеза - что существуют некие стерильные нейтрино, а также отклонения Калуза-Клейна, дающие дополнительные измерения Вселенной.