|  | 2 октября 2015 | Новости науки и техники

Выдвинута новая теория о темной материи, объясняющая "недостающую" массу материи во Вселенной

Темная материя


Ученые из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL), которые стоят во главе проекта Lattice Strong Dynamics Collaboration, разработали новую теорию, объясняющую то, почему так называемая темная материя успешно "уклоняется" от прямого обнаружения, невзирая на все усилия, предпринимаемые в этом направлении. Кроме этого, в новой теории присутствует объяснение феномену "недостающей" массы материи во Вселенной, который был обнаружен учеными-астрономами по эффекту влияния на лучи света гравитационных сил галактик, скоплений галактик и других сверхмассивных космических объектов.

Ученые объединили все имеющиеся на сегодняшний день теоретические знания в этой области с самыми современными технологиями вычислительного моделирования. И новая теория была воплощена в виде сложнейшей математической модели, расчеты которой были произведены на суперкомпьютере Vulcan, производительностью 2 петафлопса, который находится в распоряжении Ливерморской лаборатории. Результаты расчетов пролили некоторый свет на "невидимость" темной материи и идентифицировали условия, при соблюдении которых темная материя начнет бурно взаимодействовать с обычной материей, что позволит ученым обнаружить и изучить ее свойства. Только вот эти условия являются весьма и весьма экзотическими, это чрезвычайно высокотемпературная плазма, которая существовала во Вселенной в самые первые моменты ее существования.

"Взаимодействие между темной и обычной материей происходило очень интенсивно в молодой и горячей Вселенной. Затем, когда Вселенная охладилась, это взаимодействие прекратилось, перераспределение масс материи завершилось и темная материя "ушла в тень"" - рассказывает Пэвлос Врэнас (Pavlos Vranas), ученый из лаборатории LLNL и один из авторов работы под названием "Direct Detection of Stealth Dark Matter through Electromagnetic Polarizability", которая была принята к публикации журналом Physical Review Letters.

Темная материя, на долю которой приходится порядка 83 процентов от общего количества материи во Вселенной, не взаимодействует ни с электромагнитным излучением, ни с обычной материей. Свет не отражается от темной материи, а влияние ее на обычную материю столь слабо, что его невозможно зарегистрировать даже самыми высокочувствительными приборами. Единственным проявлением влияния темной материи являются ее гравитационные силы, которые оказывают весьма сильное влияние на движение галактик и скоплений галактик, не оставляя мест для сомнений в ее существовании.

Ключом к "раздвоению личности" темной материи является температура, которая наблюдается сейчас во Вселенной. Поясним, электрически заряженные кварки, из которых состоит нейтрон, при чрезвычайно высокой температуре активно взаимодействуют со всеми другими частицами. Но при снижении температуры они связываются, формируя электрически нейтральную сложную частицу. Но, в отличие от нейтрона, кварки в котором связаны при помощи сильных взаимодействий квантовой хромодинамики (quantum chromodynamics, QCD), аналог нейтрона темной материи связан при помощи новых и необнаруживаемых сильных взаимодействий, "темной формы" QCD-взаимодействий.

"Наша новая теория указывает на то, что один из кандидатов на звание частицы темной материи в несколько сот раз тяжелее протона и он также является соединением из нескольких электрически заряженных элементов" - рассказывает Пэвлос Врэнас, - "Раньше эти частицы успешно уклонялись от обнаружения, но теперь мы знаем, при каких условиях мы можем обнаружить их и изучить их свойства".

Подобно протонам, частицы невидимой темной материи стабильны и не распадаются за времена космологических масштабов. Однако, при очень редких случаях их спонтанного распада появляется большое количество вторичных электрически заряженных частиц, которые сами распадаются спустя мгновения после их появления. И, подобно частицам обычной материи, частицы темной материи могут возникнуть при высокоэнергетических столкновениях, к примеру, в недрах Большого Адронного Коллайдера. И если это произойдет, то "новорожденные" частицы темной материи станут первыми такими частицами, впервые возникшими за столь большое время после Большого Взрыва.

"Мы надеемся, что в ходе новых экспериментов на коллайдере будут получены новые данные, которые или подтвердят нашу теорию, или послужат ее опровержением" - рассказывает Пэвлос Врэнас.




Ключевые слова:
Теория, Темная, Материя, Масса, Вселенная, Температура, Взаимодействие, Частица

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Согласно новой теории, Земля может иметь невидимую "мохнатую шубу", состо ...
  • Выдвинута теория, согласно которой темная материя состоит из частиц, хорошо ...
  • Ученые обнаружили существенную часть "недостающей" материи Вселенной.
  • Ученые-физики нашли темную материю - она повсюду, она окружает нас.
  • Обнаружена или нет темная материя?




  • 2 октября 2015 18:34
    #1 Написал: andru.f

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Теорий очень много, но подтвердится ли эта? Думаю что да, по крайней мере с 75% вероятностью.
        
    2 октября 2015 18:58
    #2 Написал: udghin

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    А я думаю что нет! Если бы рядом с нами существовала материя тяжелее обычной материи - то по крайней мере равный объем "пустоты" весил бы (вызывал бы гравитационные возмущения) больше чем такой же объем "привычной материи" - это сложно было бы не заметить.

    P.S. Да и вообще не понятно как что-то может быть - при этом ни с чем, причем РЕАЛЬНО ни с чем, не взаимодействуя... это, господа, почти равносильно тому что "этого" - НЕТ!
        
    3 октября 2015 00:49
    #3 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    И если это произойдет, то "новорожденные" частицы темной материи станут первыми такими частицами, впервые возникшими за столь большое время после Большого Взрыва.

    Не, ну как можно в финале вполне себе научно-популярной статьи написать такую глупость? Автор не в курсе, что в недрах некоторых звезд, при их взрывах или на границах черных дыр существуют температуры и энергии на многие порядки превышающие то, что мы имеем в адронном коллайдере? Так что, если теория верна, то эти взаимодействия и распады не так уж и редки.

    Цитата: udghin
    Если бы рядом с нами существовала материя тяжелее обычной материи - то по крайней мере равный объем "пустоты" весил бы (вызывал бы гравитационные возмущения) больше чем такой же объем "привычной материи" - это сложно было бы не заметить.

    Довольно разумная мысль, только требующая некоторого уточнения: при условии, что темная материя управляется теми же законами физики, что и обычная. В этом случае, эти массивные частицы, как и обычная материя, должна была собираться в какие-то кучи - причем не только в темные звезды, темные планеты и.т.п. но и притягиваться к обычным планетам и звездам аномально увеличивая их массу. Темных звезд мы бы конечно не видели, но видели бы эффекты их присутствия, влияние на траектории близлежащих звезд или планет, как мы видим влияние черных дыр. Да и массы обычных звезд были бы намного больше, чем в них наблюдается вещества. Но ничего этого нет. Некая избыточная масса в галактике есть, а никаких точек ее сосредоточения нет. Она как будто размазана по галактике очень тонким слоем и принципиально не желает создавать макрообъекты ни с обычной материей, ни сама с собой. И это говорит о том, что что-то с этой темной материей не так и по крайней мере нынешними теориями такое ее поведение пока не объяснить.
        
    3 октября 2015 05:35
    #4 Написал: Джон

    Публикаций: 0
    Комментариев: 475
    Я тоже сегодня подумал о темной материи, одевая камуфляж. Вроде бы "бабье лето" сейчас, а ночи холодные. Пожалуй одену и теплую одежду, под темную материю.

    Очень переживаю за результаты новых экспериментов на коллайдере, ведь очередная афера рано или поздно будет раскрыта и "ученые" останутся без работы. Хотя человечество любит верить в сказки: кто в Бога, кто в Черта, кто темную материю - главное, чтобы рассказчик был убедителен.
        
    3 октября 2015 14:42
    #5 Написал: cmp167

    Публикаций: 0
    Комментариев: 163
    в темные звезды, темные планеты

    Если она стольже пассивна при взаимодействии с собой, то не факт, вспоминаем законы термодинамики и тот из них, что гласит, что газ стремится заполнить весь объем.

    С огромной долей скептицизма, но допустить, что эту темную материю выкинуло на переферию галактик каким-нибудь звездным ветром, где она пребывает в крайне разряженном состоянии - правильнее наверное ее сравнивать с атмосферой, пусть даже Земли, только с учетом ионизированности атмосферы и не ионизированности темной материи, то есть от малейшего воздействия механического она отправляется в путешествие, а вот остановить ее может лишь достаточно сильная гравитация, которая в центре галактики направленна во все стороны одновременно.
        
    4 октября 2015 08:15
    #6 Написал: hecntv111

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    если эта темная материя имеет 83% всей массы во вселенной и влияет своей гравитацией на движение галактик, но взаимодействует с известной нам материей только при сверхвысоких температурах как это предполагает эта теория, а такие температуры могут быть только в звездах и квазарах и наверное черн.дырах, значит только таким образом они имеют воздействие на звезды, а они в свою очередь своей гравитацией на планеты т.е. звездную систему в целом как бы направляя нас в определенном порядке под влиянием той самой темной материи и ее гравитации что видно при расширении вселенной, это происходит не хаотично как если бы ни какого воздействия не было бы.
    эта теория мне больше по вкусу )))
    а представьте иметь косм.корабль и только его двигатель может от нее отталкиваться от этой достаточно плотной массы и ее мощной гравитации am
        
    4 октября 2015 13:11
    #7 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    Цитата: cmp167
    Если она стольже пассивна при взаимодействии с собой, то не факт, вспоминаем законы термодинамики и тот из них, что гласит, что газ стремится заполнить весь объем.

    Этот закон не учитывает гравитацию. Вообще. А в космических масштабах именно она имеет решающее влияние на поведение любой материи. В итоге, как мы видим на практике, газ при определенной плотности все-таки со временем собирается в звезды. А эта темная материя имея значительно большую массу, и занимая примерно тот же объем в галактике, не собирается. Значит, либо там действуют принципиально иные физические законы, либо ее вовсе нет, а наблюдаемый избыток массы обусловлен чем-то совершенно другим. Пока научное сообщество склоняется к первому варианту.
        
    4 октября 2015 15:13
    #8 Написал: cmp167

    Публикаций: 0
    Комментариев: 163
    Этот закон не учитывает гравитацию


    Да. Но какова роль ионизации в этом процессе не знает никто, глядя на активизацию процессов звездообразования при катаклизмах (которые вызывают ионизацию) можно сделать вывод, что одной гравитации не достаточно и на этапе до вступления в основную роль гравитации, процессы звездобразования целиком зависят от ионизации. А если ее нет, то и темных звезд нет.

    Кстате, если темная материя абсолюно нейтральна и устойчива к воздействиям, то нормальной звезды из нее не получится, так как балансировать между гравитацией направленой внутрь и термоядерным синтезом направленным вне не получится ввиду отсутствия термоядерной реакции, то есть темная материя спресованная в ничтожный объем образует черную дыру.

    И это отчасти согласуется с эволюционным развитием звезд, когда каждое поколение звезд занимает меньший объем, состоит из более тяжелых элементов и производит еще более тяжелые элементы, то черные дыры как последняя стадия должны производить именно темную материю, запас энергии которой должен быть равен 0. Иначе после тепловой смерти вселенной и тепловой смерти черных дыр обычная материя вновь начнет образовывать галактики и все закрутится по-новому.

    Думаю стоит воспринимать темную материю как конечную точку эволюции материи, когда вся энергия которую из нее можно было извлечь уже извлечена; и она просто болтается в космосе бесполезная для любых процессов эволюции вселенной являясь по сути отходами процессов этой самой эволюции, надеюсь тут понятна аналогия.

    Возможно даже, что именно она в последствии, избавленная от воздействий обычной материи начнет процесс большого схлопывания, ведь при расчетах времени жизни наблюдаемых объектов ученые не учитывали феноменальные свойства темной материи, а лишь сравнили продолжительность расширения со временем жизни обычных звезд и галактик.
        
    4 октября 2015 15:27
    #9 Написал: radio

    Публикаций: 0
    Комментариев: 175
    Газ нейтрино тоже не собирается в сгустки.
        
    4 октября 2015 21:39
    #10 Написал: udghin

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Нет никакой темной материи... есть только проявления гравитации неизвестной природы! Не более того.

    Нам нужен гравитационный телескоп, который будет фиксировать малейшие изменения/колебания гравитации...
        
    5 октября 2015 02:06
    #11 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    Цитата: cmp167
    можно сделать вывод, что одной гравитации не достаточно и на этапе до вступления в основную роль гравитации, процессы звездобразования целиком зависят от ионизации.

    Когда я писал о темных звездах, я не имел ввиду, что они хоть как-то будут похожи на обычные звезды. Т.е. речь не шла о том, что в них будут идти какие-то реакции, или что они должны что-то излучать. Речь о том, что в облаках газа в результате гравитационного взаимодействия появляются зоны повышенной плотности, которые постепенно уплотняются все больше и больше, что в конце концов и приводит к образованию протозвезд. Понятно, что у темной материи будут совершенно иные механизмы взаимодействия частиц между собой и никаких аналогий с ядерными реакциями обычных звезд там не будет. Но сам исходный механизм сжатия разряженного вещества "в комки" должен работать, особенно учитывая, что эти частицы значительно тяжелее обычных и при этом электрически нейтральны.

    Цитата: radio
    Газ нейтрино тоже не собирается в сгустки.

    При таком соотношении собственной массы и скоростей нейтрино оно и не удивительно. Но тут-то речь идет о частицах на порядки тяжелее протонов, к тому же находящихся где-то в плоскости галактики. Кстати, нейтрино сами по себе являются одним из кандидатов в темную материю, но пока считается что их общая масса значительно меньше требуемой.
        
    5 октября 2015 11:35
    #12 Написал: Zerger

    Публикаций: 0
    Комментариев: 773
    cmp167, Спасибо, кстати очень интересное представление о ЧМ, мне понравилось.

    П.с. лично у меня нет никаких идей по ЧМ, но радиацию то же не потрогать, не понюхать, не удивить.


    --------------------
        
    6 октября 2015 10:55
    #13 Написал: udghin

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    П.с. лично у меня нет никаких идей по ЧМ, но радиацию то же не потрогать, не понюхать, не удивить.


    А вот и нет.. конечно радиацию можно и измерять и "потрогать" и увидеть... радиация - это поток излучения/высокоэнергетических частиц (протоны, нейтроны и т.д. с очень высокой скоростью)
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.