Приложение 4

Темная материя

Рис.1

Впервые проблему темной материи (или скрытой массы) сформулировал швейцарский астроном Ф. Цвикки в 1933 г. Он высказал мысль о существовании материи за пределами видимых оптических границ галактик, что получило подтверждение в новейших наблюдениях. Астроном впервые применил теорему вириала к скоплениям галактик и показал, что кинетическая энергия скоплений слишком велика. Галактики в сверхскоплениях разлетелись бы, если бы не было гравитационного взаимодействия дополнительной скрытой массы в скоплении.

Наблюдения вращения многочисленных галактик показали, что зависимость вращательной скорости от радиуса для них имеет вид  вне светящейся области, хотя по закону всемирного тяготения скорость здесь должна убывать с расстоянием как  (рис. 1). (Круговая скорость движения равна ). Данный факт говорит о существовании огромной невидимой массы материи, расположенной далеко за пределами светящейся области, в галактическом гало. Скрытая масса проявляет себя только в гравитационном взаимодействии. Полная масса галактики может оказаться в 5 – 10 раз больше, чем суммарная масса видимого вещества в ней. О наличии дополнительной темной массы говорит и существование горячего газа с температурой в миллион градусов в гигантских галактиках.

Природа темной массы остается неясной. Расчеты и измерения показывают, что это не могут быть маломассивные звезды или тела планетного типа, которые почти не излучают света – их мало; это не нейтронные звезды и черные дыры звездных масс – химический состав МЗС  тогда должен быть другим; не релятивистские частицы – они не удержались бы в галактике.

Предполагается, что несветящееся вещество в галактиках может быть связано с неизвестными массивными элементарными частицами. Делаются попытки их обнаружения в физических лабораториях, например с помощью Большого Адронного Коллайдера, построенного на границе Франции и Швейцарии в Международном центре ядерных исследований.