Космос празднует по-своему: в эту ночь тьма становится ближе, а звёзды — лишь маски света

В последний день октября по всему миру вспоминают не только о тыквах и костюмах, но и о величайшей тайне Вселенной — тёмной материи. Учёные называют 31 октября Всемирным днём тёмной материи, или Dark Matter Day. Этот праздник уже успели окрестить "научным Хэллоуином": планетарии и музеи устраивают лекции и показы, где рассказывают, из чего может состоять невидимая субстанция, делающая нашу Вселенную именно такой, какой мы её видим.

Что такое тёмная материя и зачем её искать

Физики утверждают: около четверти всей массы и энергии Вселенной приходится на тёмную материю — загадочную форму вещества, которую невозможно увидеть напрямую. Она не испускает и не отражает свет, но при этом влияет на движение галактик и звёзд, создавая невидимую гравитационную "сетку".

Для сравнения: привычная нам материя — из протонов, нейтронов и электронов — составляет лишь 5% Вселенной. Остальные 70% приходятся на ещё более таинственную тёмную энергию, которая отвечает за ускоренное расширение космоса.

Несмотря на десятилетия исследований, учёные по-прежнему не знают, из чего состоит тёмная материя и как именно её "поймать". Детекторы становятся чувствительнее, эксперименты сложнее, а ответ всё ещё скрыт за космической завесой.

Поиски в другом измерении

Некоторые теоретики допускают: разгадка может лежать вовсе не в нашем мире. Команда из Калифорнийского университета в Риверсайде предположила, что тёмная материя обитает в дополнительном измерении пространства-времени, о котором наша физика пока не имеет полного представления.

"Мы живем в океане тёмной материи, но очень мало знаем о том, чем она может быть. Мы знаем, что она существует, но не знаем, как её искать, и не можем объяснить, почему не обнаружили её там, где ожидали", — сказал доцент физики и астрономии Филип Танедо из Калифорнийского университета.

По словам исследователя, за последнее десятилетие физики пришли к пониманию, что поведение тёмной материи может определяться скрытыми тёмными силами. Эти силы способны полностью изменить подход к поиску — ведь если частицы взаимодействуют между собой по другим законам, их невозможно зарегистрировать привычными способами.

"В наблюдаемой Вселенной три измерения. Мы предполагаем, что может быть четвёртое измерение, о котором 'знают' только тёмные силы. Дополнительное измерение может объяснить, почему тёмная материя так хорошо скрывается от наших попыток изучить её в лаборатории", — пояснил Филип Танедо.

Сравнение: три тёмные составляющие космоса

Советы шаг за шагом: как учёные ищут невидимое

1. Создают детекторы глубоко под землёй. Под толщей гор минимизируется воздействие космических лучей.

2. Используют благородные газы. Аргон и ксенон позволяют фиксировать слабые вспышки от взаимодействия частиц.

3. Сравнивают результаты разных установок. Эксперименты объединяются, чтобы повысить точность.

4. Моделируют физические процессы. Компьютерные симуляции помогают предсказать возможные сигналы.

5. Проверяют гипотезы о "тёмных силах”. Новые теории предлагают искать частицы за пределами трёхмерного пространства.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: Искать тёмную материю только с помощью оптических телескопов.
  Последствие: Полное отсутствие наблюдаемых данных.
  Альтернатива: Использовать подземные установки вроде итальянской DarkSide-50 или проекта LUX-ZEPLIN.

• Ошибка: Ожидать мгновенного результата.
  Последствие: Потеря финансирования и мотивации в долгосрочных проектах.
  Альтернатива: Делить исследования на этапы и объединять ресурсы разных стран.

• Ошибка: Считать, что отсутствие сигнала — провал.
  Последствие: Недооценка полученных данных.
  Альтернатива: Анализировать шумы и слабые всплески — именно там могут скрываться подсказки.

Российский след: сигнал из подземелья

Новосибирские физики из Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН работают в составе международной коллаборации DarkSide. Их установка DarkSide-50, расположенная в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, первой зафиксировала необычные медленные сигналы в ионизирующем излучении.

"Наличие скрытой массы во Вселенной теоретически доказано, но что она собой представляет — неизвестно. Эксперименты проводятся глубоко под землёй с помощью детекторов на основе аргона и ксенона", — рассказал аспирант Егор Фролов Института ядерной физики.

Учёные заметили странные всплески, которые усиливались при увеличении электрического поля. Пока неизвестно, что именно их вызывает, но это может стать первым шагом к реальному обнаружению частиц тёмной материи.

"Скорее всего, все детекторы по поиску тёмной материи объединятся в одну глобальную коллаборацию. Мы, как её часть, продолжим развивать свой сегмент", — подчеркнул главный научный сотрудник Алексей Бузулуцков ИЯФ СО РАН.

А что если…

А что если тёмная материя — вовсе не частицы, а проявление законов, которые мы пока не понимаем? Возможно, она отражает связь между временем и пространством на фундаментальном уровне. Эта гипотеза звучит почти философски, но именно такие идеи однажды привели к рождению квантовой механики. Пока человечество только подбирается к пониманию, что за "тень" движет нашей Вселенной.

Плюсы и минусы поисков тёмной материи

FAQ

— Почему тёмную материю называют "тёмной"?
Потому что она не взаимодействует со светом — не излучает и не отражает его, оставаясь невидимой.

— Можно ли доказать её существование?
Косвенно — да: по поведению галактик и искривлению света (гравитационному линзированию). Прямых доказательств пока нет.

— Когда её найдут?
Учёные осторожны в прогнозах. Некоторые считают, что первые достоверные данные могут появиться в ближайшие 10-15 лет.

Мифы и правда

Миф: Тёмная материя — это чёрные дыры.
Правда: Чёрные дыры — результат коллапса звёзд, а тёмная материя, скорее всего, состоит из других, неизвестных частиц.

Миф: Учёные уже видели тёмную материю.
Правда: Нет, наблюдаются только косвенные следы её влияния, а не сами частицы.

Миф: Это фантазия теоретиков.
Правда: Без тёмной материи не объяснить, почему галактики не распадаются — её влияние подтверждают расчёты и наблюдения.

3 интересных факта о тёмной материи

1. Если бы её можно было увидеть, ночное небо выглядело бы совсем иначе — полное невидимых структур и нитей.

2. Средняя плотность тёмной материи в нашей Галактике составляет около 0,3 ГэВ/см³ — почти невесомая, но в масштабах космоса ощутимая.

3. Сам термин "тёмная материя" ввёл в 1933 году швейцарский астрофизик Фриц Цвикки.

Исторический контекст

История поисков тёмной материи началась почти век назад. В 1930-е годы Цвикки заметил, что галактики движутся быстрее, чем позволяет их видимая масса. Позже американская исследовательница Вера Рубин подтвердила этот эффект, наблюдая вращение спиральных галактик. С тех пор физика вступила в новую эру — эпоху "тёмных открытий". Сегодня поиски продолжаются в подземных лабораториях Италии, Китая, США и России. Возможно, именно 21-й век станет временем, когда невидимая материя перестанет быть загадкой.