0470

Изучение темной материи и темной энергии

Предположение о существовании темной материи впервые было сделано более 70 лет назад, чтобы объяснить, почему сила притяжения в скоплениях галактик намного больше, чем ожидалось. Если кластеры содержат только звезды и газ, которые мы можем наблюдать, гравитация должна быть значительно слабее.

Ученые предположили, что существует вещество, которое пока не удается обнаружить. Такая «темная материя» повышает массу структур, увеличивая их гравитационное притяжение. Изучение темной материи – одно из основных направлений в современной астрономии и теоретической физике. Только около 5% Вселенной состоит из обычного вещества, такого как протоны и электроны. Остальное – темная материя и темная энергия.

Изучение темной материи

Предполагают, что основой темной материи являются слабо взаимодействующие массивные частицы – WIMP. Если эта гипотеза верна, частицы темной материи могут быть обнаружены с помощью их рассеяния на ядрах атомов или электронах. Столкновение частиц вызовет выброс энергии в виде свечения, которое можно зафиксировать. В настоящий момент одной из основных экспериментальных установок является XENON100. Аппарат находится глубоко под землей, чтобы уменьшить помехи от космических лучей. Он состоит из контейнера с 165 кг жидкого ксенона высокой степени очистки, чтобы свести к минимуму помехи. Тестовый материал окружен большим количеством фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) для регистрации свечения от взаимодействия частиц.

Изучение темной материи

Первые результаты работы XENON100 уже известны: доказательств рассеяния WIMP-частиц на электронах нет. Данная информация исключает теории об активном взаимодействии темной и физической материи, но не опровергает возможности существования WIMP-частиц.

Термин “темная энергия” был введен в математическую модель Вселенной с целью объяснить ее расширение с ускорением. Данный вид энергии имеет отрицательное давление, порождающее отталкивание галактик друг от друга (антигравитацию). Темная энергия имеет очень малую плотность, поэтому ее не удается обнаружить. Значительное влияние на процессы во Вселенной объясняется лишь тем, что темная энергия равномерно заполняет всё «пустое» пространство.

Большинство гипотез подразумевают, что темная энергия оказывает одинаково существенное влияние на окружающую материю как в лабораторных условиях, так и в космосе. Наиболее перспективной является теория хамелеона: воздействие поля зависит от окружающей среды. Хамелеон – гипотетическая частица, возможный носитель темной энергии и составная часть темной материи. На Земле плотность вещества высока, а поле рассеяно, что не дает его обнаружить с помощью приборов. Тем не менее, в безвоздушном пространстве плотность вещества очень мала, и поле воздействует на космические объекты.

Исследования эффекта хамелеона ведутся с помощью камеры с ультра высоким вакуумом для имитации низкой плотности вещества в космическом пространстве. С помощью чувствительных приборов ученые определяют силы, действующие на атомы цезия при бомбардировке ими алюминиевой сферы. Результаты прекрасно согласуются с законами гравитации, следовательно, если эффект хамелеона существует, он проявляется значительно слабее, чем ожидалось. Эксперименты, направленные на выявление темной энергии продолжаются.

Изучение темной материи

На данный момент о природе темной материи и энергии известно мало. Но активные работы в данной области дают первые результаты, что позволяет надеяться на близость фундаментальных открытий.

Комментариев пока нет. Будете первым?
, чтобы принять участие в обсуждении.
Domino's Pizza