Тёмная материя и тёмная энергия: тайны Вселенной

4 июня 2026 г.

Тёмная материя и тёмная энергия: тайны Вселенной

Мнение

Привет всем! Судя по всему, человечество ещё даже не приблизилось к разгадке тайны нашей Вселенной: менее 5 % от всего содержимого космоса составляет видимая материя, известная учёным, а что из себя представляют остальные 95 % материи и энергии им неизвестно, это тайна, покрытая мраком. Поэтому и «тёмная». По мнению учёных, тёмна энергия и материя имеют решающее значение в природе Вселенной и её эволюции.

Как всё начиналось

Источник фото: NASA, ESA и команда «Наследие Хаббла» (STScI/AURA). Скопление галактик Волосы Вероники.

Впервые о том, что во Вселенной существует невидимая материя заговорил Фриц Цвикки. В 1933 году он заметил, что в крупном скоплении галактик Волосы Вероники масса всех звезд составляет всего лишь около 1 % от необходимой для того, чтобы удерживать галактики в гравитационном поле скопления. Галактики перемещались настолько быстро, что давным-давно должны были быть выброшены в космос, но, несмотря ни на что, оставались в скоплении. Что-то невидимое удерживало их вместе. Цвикки назвал это «недостающей массой».

В 1960-х годах Вера Рубин и Уильям Кент Форд использовали спектрометр для анализа света, исходящего от звёзд в различных частях спиральных галактик, начиная свои исследования с галактики Андромеды. Звёзды в диске галактики движутся по почти круговым орбитам вокруг центра. Если диск наклонён к наблюдателю, то звёзды с одной стороны от центра приближаются, а с другой — удаляются. Возникает эффект Допплера: приближение источника света вызывает сдвиг его излучения к синему концу спектра, а удаление — к красному. Смещение длины волны пропорционально скорости источника света относительно наблюдателя. Рубин и Форд провели точные измерения допплеровских смещений в нескольких галактиках, что позволило им рассчитать орбитальные скорости звёзд в различных частях исследуемых галактик.

Астрономы предположили, что большая часть массы и гравитации спиральной галактики сосредоточена в её центре из-за высокой концентрации видимых звёзд в центральной области. Если звезда находится дальше от центра галактики, то её орбитальная скорость должна быть ниже, что аналогично поведению планет в нашей Солнечной системе, где внешние планеты движутся медленнее, чем внутренние.

Рубин и Форд, начав свои допплеровские измерения, обнаружили неожиданное явление: звёзды на периферии галактик двигались так же быстро, как и те, что находились ближе к центру. Это было неожиданным, поскольку видимая масса галактики не обладала достаточной гравитацией, чтобы удерживать такие быстродвижущиеся звёзды на орбите. Из этого следовало, что во внешних регионах галактик должно быть много невидимой материи, которая обеспечивает необходимую гравитацию. Рубин и Форд исследовали множество спиральных галактик и всегда находили одно и то же явление, подтверждая наличие тёмной материи.

Их расчёты показали, что в галактиках содержится в десять раз больше тёмной массы, чем видимой материи, такой как звёзды. По меньшей мере 90 % массы галактик и наблюдаемой Вселенной остаются невидимыми и неопознанными. Видимые звезды представляют собой лишь малую часть массы галактики, находясь в её внутренней области, а основная масса сосредоточена в огромных сферических «гало» невидимой тёмной материи. Также появились предположения, что между галактиками могут существовать крупные скопления тёмной материи без видимых звезд.

В 1920-х годах астрономы, включая Эдвина Хаббла, обнаружили, что соседние галактики удаляются от нас, и чем дальше они находятся, тем быстрее они движутся. Эти наблюдения, в сочетании с общей теорией относительности Эйнштейна, привели учёных к выводу, что Вселенная расширяется, увлекая за собой галактики.

В 1998 году точные измерения космического расширения показали его ускорение. Это подтвердило наличие неизвестной силы, противодействующей гравитации и ускоряющей расширение Вселенной.

Эту загадочную силу называют «тёмной энергией».