Скрытая масса Вселенной
В 1920-е годы наша Вселенная увеличилась в нашем представлении до прежде невообразимых размеров. А Эдвин Хаббл показал, что Вселенная еще и расширяется. Позднее, в 1930-х годах, последовало еще одно шокирующее открытие. Большую часть Вселенной мы в принципе увидеть не можем!
Чтобы узнать, из чего состоят звезды, исследователи используют спектроскопию. Газы, находящиеся вокруг звезды, поглощают из спектра определенные цвета, так что спектрограммы звезд всегда имеют темные полосы, характерные для элементов околозвездного пространства. Но в случае звезд длины волн поглощения оказываются смещенными относительно своих «земных» позиций, что связано напрямую с эффектом Доплера. Если бы цвета спектра поглощения сдвигались в сторону синего цвета, это значило бы, что галактики движутся на нас, однако наиболее характерным является «красное смещение», когда цвета сдвигаются в сторону красного. Это свидетельствует о разбегании галактик от нас. В 1929 году Эдвин Хаббл смог доказать, что все объекты за пределами нашего галактического соседства разбегаются от нас. Итак, Вселенная расширяется!
Галактики во вращении
Астрономы задаются вопросом, какая из составных компонент сил гравитации участвует в расширении Вселенной. Дело в том, что известные нам силы гравитации представляют только силы притяжения, и непонятно, что заставляет материю разлетаться в стороны. Одним из основных стал вопрос, сколько все же материи во Вселенной.
В 1932 году нидерландский астроном Ян Оорт обнаружил, что наша галактика Млечный Путь вращается слишком быстро для той массы, которую мы наблюдаем, и уже в следующем году Фриц Цвикки заметил тот же самый эффект в движении других галактик. Швейцарский астроном рассудил, что помимо видимой нами массы во Вселенной есть «скрытая масса», называемая еще «темной материей» или «темным веществом».
Теория Цвикки о скрытой массе утверждала и утверждает (она признается и в наши дни), что темные пустые пространства Вселенной не так уж и пусты. Напротив, они заполнены материей, которая не дает света. Единственный эффект, по которому мы можем наблюдать темную материю, это ее гравитационное действие.
В 1970-е годы удалось оценить массу темной материи по тому, насколько огромные массы видимого вещества искривляют свет и пространство. Оказалось, что темной материи в пять раз больше по сравнению с привычной для нас видимой!
WIMP против macho
Существование дополнительной невидимой массы подтверждается множеством независимых наблюдений: скоростями вращения галактик, движением галактик в скоплениях, гравитационным линзированием и космологическими данными. Неизвестно прежде всего то, из чего состоит темная материя. Рассматриваются разные кандидаты, в том числе новые слабовзаимодействующие частицы; обычные компактные астрофизические объекты не могут объяснить всю наблюдаемую темную материю.