Chto takoe skrytaya massa?
24.08.2000 9:12 | K. A. Postnov/GAISh, Moskva

Skrytoi massoi (ili inache, temnoi materiei) nazyvayut veshestvo neizvestnoi prirody, kotoroe vzaimodeitsvuet s obychnym (vidimym) veshestvom prakticheski tol'ko posredstvom sil prityazheniya. Iz astronomicheskih nablyudenii my znaem, cht

• >> Chto takoe skrytaya massa?   (K. A. Postnov/GAISh, Moskva, 24.08.2000 9:12, 13.3 KBait, otvetov: 3) Skrytoi massoi (ili inache, temnoi materiei) nazyvayut veshestvo neizvestnoi prirody, kotoroe vzaimodeitsvuet s obychnym (vidimym) veshestvom prakticheski tol'ko posredstvom sil prityazheniya. Iz astronomicheskih nablyudenii my znaem, chto osnovnaya dolya obychnogo veshestva vo Vselennoi sosredotochena v zvezdah, kotorye nablyudayutsya po ih izlucheniyu. Nebol'shaya chast' veshestva sushestvuet v vide razrezhennogo mezhzvezdnogo galakticheskogo gaza i pyli.
  
  Odnako kak vyyasnilos', skrytogo veshestva po masse vo mnogo raz bol'she, chem obychnogo. Eto nastoyashii vyzov chelovecheskomu znaniyu: na poroge XXI veka my dazhe ne predstavlyaem, iz chego sostoit veshestvo, v osnovnom zapolnyayushee Vselennuyu!
  
  Kak zhe voznikla ideya o nevidimom dlya nas veshestve? Vpervye o skrytoi masse zagovorili v 30-h godah HH veka, kogda shveicarskii astronom Cvikki, izmeryaya po krasnomu smesheniyu skorosti vdol' lucha zreniya dlya galaktik iz skopleniya v sozvezdii Volosy Veroniki, obnaruzhil, chto skorosti dvizheniya galaktik v etom skoplenii (za vychetom kosmologicheskogo krasnogo smesheniya skopleniya kak celogo) sootvetstvuyut masse skopleniya, kotoraya v desyatki raz prevyshala massu, opredelennuyu po sootnosheniyu massa-svetimost' (to est' po vidimomu veshestvu). Cvikki vydvinul smeluyu gipotezu, chto v etom skoplenii galaktik prisutstvuet nevidimaya, skrytaya massa, kotoraya proyavlyaetsya po bol'shim skorostyam dvizheniya galaktik.
  
  S teh por gipoteza o sushestvovanii nevidimogo veshestva privlekaetsya dlya ob'yasneniya celogo ryada astronomicheskih nablyudenii. Vo-pervyh, skrytaya massa trebuetsya dlya ob'yasneniya vrasheniya zvezd po orbitam v diskah spiral'nyh galaktik. Esli by vsya massa byla sosredotochena v nablyudaenmyh zvezdah, orbital'nye skorosti zvezd vo vneshnih chastyah galaktik umen'shalis' by s udaleniem ot centra k krayu. Odnako eto ne tak: kak pokazyvayut opticheskie i radionablyudeniya, v bol'shinstve sluchaev skorosti vrasheniya zvezd diska i gaza vokrug centra galaktik pochti ne zavisyat ot rasstoyaniya do centra i bolee togo, inogda dazhe vozrastayut. To zhe samoe yavlenie nablyudaetsya i v nashei Galaktike. Dlya ob'yasneniya takogo povedeniya dvizheniya zvezd prihoditsya predpolagat' prisutstvie nesvetyasheisya, temnoi materii, kotoraya prostiraetsya v desyatki raz dal'she vidimoi granicy galaktik (tak nazyvaemoe temnoe galo galaktik). Kak pravilo, massa temnogo galo v desyatki raz bol'she massy vseh vidimyh zvezd v galaktike. Tipichnaya massa gigantskih spiral'nyh galaktik tipa Mlechnogo Puti okazyvaetsya ravnoi 10^12} mass Solnca, togda kak veshestva v zvezdah raz v desyat' men'she.
  
  V 70-h gg. s nastupleniem ery vneatmosfernoi rentgenovskoi astronomii byl obnaruzhen goryachii mezhgalakticheskii gaz, osobenno zametnyi v skopleniyah galaktik. Ego temperatura okazalas' poryadka neskol'kih millionov gradusov. Temperatura etogo gaza chuvstvitel'na k gravitacionnomu potencialu, v kotorm nahoditsya gaz, a sledovatel'no, k polnoi masse veshestva, yavlyayushegosya istochnikom etogo potenciala. Uzhe pervye rezul'taty rentgenovskih nablyudenii goryachego gaza v skopleniyah galaktik nezavisimo podtverdili prisutstvie skrytoi massy v issleduemyh skopleniyah.
  
  Eshe odno pryamoe ukazanie na skrytuyu massu bylo polucheno pri izuchenii dvizheniya mestnoi gruppy galaktik v prostranstve. Skorost' dvizheniya mestnoi gruppy kak celogo byla izmerena po effektu Doplera otnositel'no reliktovogo mikrovolnovogo izlucheniya Vselennoi i okazalas' okolo 630 km/s. V seredine 80-h godov, posle ochen' uspeshnoi missii kosmicheskoi IK-observatorii IRAS, stalo yasno, chto skorost' dvizheniya mestnoi gruppy v prostranstve napravlena v storonu otnositel'nogo "izbytka" chisla galaktik (kak i ozhidalos', ved' po zakonu vsemirnogo tyagoteniya bol'shoi izbytok massy budet prityagivat' dvizhenie okruzhayushih galaktik i grupp galaktik). Pri etom izmerennaya skorost' dvizheniya svidetel'stvovala takzhe o prisutstvii skrytoi massy!
  
  Nakonec, noveishie (1990) nablyudeniya slabyh galaktik s pomosh'yu chuvstvitel'nyh PZS-matric pozvolili ne prosto podtverdit' nalichie skrytoi massy v skopleniyah galaktik, no i "kartografirovat'" ee raspredelenie v skopleniyah. Rech' idet o metode tak nazyvaemogo gravitacionnogo linzirovaniya fonovyh galaktik skopleniem. V dannom sluchae gravitaciya skopleniya "rabotaet" v kachestve sobirayushei linzy dlya izobrazhenii slabyh golubyh galaktik (kak pravilo, 25-28 zvezdnoi velichiny), nahodyashihsya daleko za samim skopleniem. Pri etom izobrazheniya dalekih galaktik iskazhayutsya, "vytyagivayas'" v dugi raznoi dliny s centrom, sovpadayushim s centrom skopleniya. Interesno otmetit', chto vpervye ideyu gravitacionnogo linzirovaniya skopleniyami galaktik dalekih fonovyh ob'ektov vydvinul tot zhe Cvikki v 1937 g. Analiziruya izobrazheniya slabyh galaktik za skopleniem, mozhno vosstanovit' raspredelenie plotnosti v "linze", t.e. v skoplenii galaktik. Okazalos', chto sozdayushaya tyagotenie materiya prostiraetsya daleko za predely vidimoi granicy skopleniya. Tem samym bylo polucheno eshe odno nezavisimoe izmerenie skrytoi massy v skopleniyah galaktik.
  
  Opisannye (a takzhe nekotorye drugie) nablyudeniya ubeditel'no pokazyvayut, chto Vselennaya v osnovnom zapolnena nevidimym veshestvom neizvestnoi prirody, kotoroe proyavlyatsya tol'ko po gravitacionnomu vzaimodeistviyu. Eto veshestvo obrazuet protyazhennye galo galaktik i zapolnyaet prostranstvo mezhdu galaktikami, koncentriruyas' k skopleniyam galaktik.
  
  Chto mozhno skazat' otnositel'no prirody etogo veshestva? Etot vopros tak dalek ot svoego resheniya, chto ne yasno dazhe, sozdana li skrytaya massa nekotorymi poka ne nablyudavshimisya elementarnymi chasticami, ili sostoit iz protyazhennyh massivnyh ob'ektov. K poslednim mogut otnosit'sya "komki" veshestva s massoi 10^-8 mass Solnca, nevidimye planety tipa Yupitera s massami okolo odnoi tysyachnoi mass Solnca, ili dazhe chernye dyry s massoi v 100 solnechnyh. Eti nevidimye ob'ekty mogut byt' ili "stroitel'nym musorom", ostavshimsya ot epohi obrazovaniya galaktik, ili ostatkami evolyucii zvezd, sushestvovavshih do momenta obrazovaniya galaktik.
  
  Sleduet otmetit', chto v nastoyashee vremya problema skrytoi massy daleko vyshla za ramki nablyudatel'noi astronomii. Delo v tom, chto soglasno sovremennoi teorii goryachei Vselennoi, maksimal'no dopustimaya plotnost' barionov (protonov i neitronov), sostavlyayushih osnovnuyu massu vidimogo veshestva i obrazovavshihsya na rannih stadiyah evolyucii Vselennoi, sostavlyaet nikak ne bolee 10% ot plotnosti, pri kotoroi Vselennaya stanovitsya zamknutoi (tak nazyvaemaya kriticheskaya plotnost'). Soglasno sovremennym predstavleniyam, polnaya plotnost' veshestva vo Vselennoi dolzhna ne sil'no otlichat'sya ot kriticheskoi -- znachit trebuetsya predpolozhit' libo sushestvovanie dopolnitel'noi, nebarionnoi massy, libo schitat', chto pustoe prostranstvo (vakuum) samo daet vklad v polnuyu plotnost' (tak nazyvaemaya kosmologicheskaya postoyannaya), libo est' i to i drugoe. Takaya nebarionnaya skrytaya massa mogla by sostoyat' iz chastic s nebol'shoi massoi pokoya (v milliony raz men'shei massy pokoya elektrona), sushestvovanie kotoryh sleduet iz sovremennoi teorii elementarnyh chastic. Poiski takih chastic usilenno vedutsya na samyh moshnyh uskoritelyah, no poka ne uvenchalis' uspehom.
  
  Dobavim, odnako, chto iz nablyudenii svetyashegosya veshestva poluchaetsya, chto my vidim vsego lish' nichtozhnuyu desyatuyu ili sotuyu dolyu dazhe barionnogo veshestva, to est' vo Vselennoi est' skrytye ob'ekty barionnoi prirody tipa temnyh karlikov ili yupiterov, o kotoryh my uzhe upomyanuli vyshe.
  
  Noveishie nablyudeniya gravitacionnogo mikrolinzirovaniya millionov zvezd v Magellanovyh Oblakah uzhe obnaruzhili neskol'ko sobytii, kotrorye mogut byt' svyazany s temnymi ob'ektami v galo nashei Galaktiki, odnako poka trudno okonchatel'no ocenit' vkald etih ob'ektov v massu nevidimogo veshestva. Izuchaya effekty gravitacionnogo mikrolinzirovaniya, chuvstvitel'nogo k obnaruzheniyu nevidimyh gravitiruyushih ob'ektov s massami ot 10^-8 do 10³ mass Solnca, uchenye nadeyutsya prolit' novyi svet na uvlekatel'nuyu i zagadochnuyu problemu skrytoi massy v nashei Galaktike i vo Vselennoi.
  
  

  K.A.Postnov
  

• Re: Chto takoe skrytaya massa?   ( Gost', 25.10.2005 0:37, 459 Bait) Tovarishi! Ya ne ponimayu vot chto: 1. Pochemu temnaya materiya izbegaet kakih-libo skoplenii? Pochemu net nebesnyh tel, sostoyashih iz temnoi materii? 2. Pochemu v Galaktike temnoi materii bol'she, chem barionnogo veshestva, a v Solnechnoi sisteme temnoi materii net? 3. Pochemu temnaya materiya ne sobiraetsya v nebesnye tela VMESTE s barionnoi? 4. Pochemu vnutri Zemli net yadra iz temnoi materii? Ya ne specialist v oblasti astronomii, tak chto prostite za glupye voprosy.
• Re: Chto takoe skrytaya massa?   (V. M. Myasnikov, 3.11.2005 2:10, 3.5 KBait)

  Skrytaya (temnaya) massa

  Kak izvestno, vse sushestvuyushie nyne teoreticheskie i prakticheskie poiski skrytoi massy vo Vselennoi ne uvenchalis' uspehom. Ya polagayu, chto eto ne sluchaino, t.k. ishetsya ne to, i ne tam. Skrytuyu massu sleduet iskat' ne tol'ko i ne stol'ko kak nevidimye chasticy materii (takie chasticy, konechno, est', i oni imeyut cvoi vklad v temnuyu massu, no etot vklad ne yavlyaetsya opredelyayushim), no i kak nevidimye (neizvestnye) vzaimodeistviya (sm. fizicheskoe opredelenie massy, [1], gl. X. i/ili [3], gde massa opredelyaetsya ne kak "mera kolichestva materii", no kak "mera vzaimodeistviya materii").

  Esli ocenivat' massu kosmicheskih ob'ektov kak meru ih gravitacionnogo vozdeistviya na vneshnee probnoe telo (t.e. ispol'zovat' probnoe telo dlya "vzveshivaniya" kosmicheskih ob'ektov), to okazyvaetsya, chto massa kosmicheskih ob'ektov sushestvennym obrazom zavisit ot ih ierarhicheskoi struktury.

  Ya pokazal, v ramkah novoi SOTO ("Special'noi obshei" teorii otnositel'nosti [2] i [1], gl. XIV), chto massa (v ukazannom smysle), naprimer, zvezdnogo skopleniya v 2 raza (v dva raza!) bol'she massy svetyashegosya (vidimogo) veshestva za schet energii nevidimogo gravitacionnogo vzaimodeistviya zvezd vnutri skopleniya. Dalee predlagaetsya grandioznaya ekstrapolyaciya, sostoyashaya v tom, chto massa udvaivaetsya pri kazhdom perehode ot odnoi ierarhicheskoi struktury k sleduyushei, bolee vysokoi. V spiske ierarhicheskih stupenei raspredeleniya veshestva Vselennoi ya vydelyayu pyat' (chetyre?) takih stupenei (zvezdnye skopleniya, galaktiki, skopleniya galaktik, sverhskopleniya, Metagalaktika), t.e. esli massa zvezdnogo skopleniya v dva raza bol'she massy svetyashegosya veshestva, to massa galaktiki -- v chetyre raza, massa skopleniya galaktik -- v vosem' raz, massa sverhskoplenii -- v 16 raz, massa Vselennoi v 16-32 raza bol'she massy svetyashegosya veshestva. Razumeetsya, eto vsego lish' shema. Odnako, skrytaya massa sushestvuet, dostatochno mnogo faktov govorit ob etom. Predlagaemaya teoriya ob'yasnyaet, po krainei mere kachestvenno (v tom smysle, chto koefficient uvelicheniya massy skopleniya, vozmozhno, i ne raven 2 dlya kazhdoi ierarhicheskoi struktury, no on zavedomo bol'she edinicy), prirodu skrytoi massy, prichem eta teoriya ne sozdavalas' special'no dlya etogo sluchaya (ne ad hoc). Chto kasaetsya kolichestvennyh ocenok, to sovremennye predstavleniya o Vselennoi skoree podtverzhdayut, chem oprovergayut ih.

  Naprimer, sovremennye ocenki srednei plotnosti svetyashegosya veshestva Vselennoi dayut velichinu otnositel'noi plotnosti (otnesennoi k einshteinovskoi kriticheskoi plotnosti) Ω₀ ≈ 0.03 . V moei modeli Vselennoi ([1], gl. VIII) velichina otnositel'noi plotnosti Ω₀ = 3 √5 ≈ 0.76, t.e. v 25 raz bol'she izmerennoi dlya svetyashegosya veshestva. Ne pravda li, sovsem neplohoe sovpadenie s chislom mezhdu 16 i 32 ?

  Podrobnee sm. na moem saite:
  [1] Kniga "Natural'naya filosofiya" http://Quater1.narod.ru/index.html
  [2] Stat'ya "Special'nye teorii otnositel'nosti" http://Quater1.narod.ru/Statia_2.htm
  [3] Stat'ya "Fizika i matematika" http://Quater1.narod.ru/Phys_math.htm

  S uvazheniem, Myasnikov Vladimir Quater1@yandex.ru

• Re: Chto takoe skrytaya massa?   (V. M. Myasnikov, 3.11.2005 2:19, 3.5 KBait)

  Skrytaya (temnaya) massa

  Kak izvestno, vse sushestvuyushie nyne teoreticheskie i prakticheskie poiski skrytoi massy vo Vselennoi ne uvenchalis' uspehom. Ya polagayu, chto eto ne sluchaino, t.k. ishetsya ne to, i ne tam. Skrytuyu massu sleduet iskat' ne tol'ko i ne stol'ko kak nevidimye chasticy materii (takie chasticy, konechno, est', i oni imeyut cvoi vklad v temnuyu massu, no etot vklad ne yavlyaetsya opredelyayushim), no i kak nevidimye (neizvestnye) vzaimodeistviya (sm. fizicheskoe opredelenie massy, [1], gl. X. i/ili [3], gde massa opredelyaetsya ne kak "mera kolichestva materii", no kak "mera vzaimodeistviya materii").

  Esli ocenivat' massu kosmicheskih ob'ektov kak meru ih gravitacionnogo vozdeistviya na vneshnee probnoe telo (t.e. ispol'zovat' probnoe telo dlya "vzveshivaniya" kosmicheskih ob'ektov), to okazyvaetsya, chto massa kosmicheskih ob'ektov sushestvennym obrazom zavisit ot ih ierarhicheskoi struktury.

  Ya pokazal, v ramkah novoi SOTO ("Special'noi obshei" teorii otnositel'nosti [2] i [1], gl. XIV), chto massa (v ukazannom smysle), naprimer, zvezdnogo skopleniya v 2 raza (v dva raza!) bol'she massy svetyashegosya (vidimogo) veshestva za schet energii nevidimogo gravitacionnogo vzaimodeistviya zvezd vnutri skopleniya. Dalee predlagaetsya grandioznaya ekstrapolyaciya, sostoyashaya v tom, chto massa udvaivaetsya pri kazhdom perehode ot odnoi ierarhicheskoi struktury k sleduyushei, bolee vysokoi. V spiske ierarhicheskih stupenei raspredeleniya veshestva Vselennoi ya vydelyayu pyat' (chetyre?) takih stupenei (zvezdnye skopleniya, galaktiki, skopleniya galaktik, sverhskopleniya, Metagalaktika), t.e. esli massa zvezdnogo skopleniya v dva raza bol'she massy svetyashegosya veshestva, to massa galaktiki -- v chetyre raza, massa skopleniya galaktik -- v vosem' raz, massa sverhskoplenii -- v 16 raz, massa Vselennoi v 16-32 raza bol'she massy svetyashegosya veshestva. Razumeetsya, eto vsego lish' shema. Odnako, skrytaya massa sushestvuet, dostatochno mnogo faktov govorit ob etom. Predlagaemaya teoriya ob'yasnyaet, po krainei mere kachestvenno (v tom smysle, chto koefficient uvelicheniya massy skopleniya, vozmozhno, i ne raven 2 dlya kazhdoi ierarhicheskoi struktury, no on zavedomo bol'she edinicy), prirodu skrytoi massy, prichem eta teoriya ne sozdavalas' special'no dlya etogo sluchaya (ne ad hoc). Chto kasaetsya kolichestvennyh ocenok, to sovremennye predstavleniya o Vselennoi skoree podtverzhdayut, chem oprovergayut ih.

  Naprimer, sovremennye ocenki srednei plotnosti svetyashegosya veshestva Vselennoi dayut velichinu otnositel'noi plotnosti (otnesennoi k einshteinovskoi kriticheskoi plotnosti) Ω₀ ≈ 0.03 . V moei modeli Vselennoi ([1], gl. VIII) velichina otnositel'noi plotnosti Ω₀ = 3 - √5 ≈ 0.76, t.e. v 25 raz bol'she izmerennoi dlya svetyashegosya veshestva. Ne pravda li, sovsem neplohoe sovpadenie s chislom mezhdu 16 i 32 ?

  Podrobnee sm. na moem saite:
  [1] Kniga "Natural'naya filosofiya" http://Quater1.narod.ru/index.html
  [2] Stat'ya "Special'nye teorii otnositel'nosti" http://Quater1.narod.ru/Statia_2.htm
  [3] Stat'ya "Fizika i matematika" http://Quater1.narod.ru/Phys_math.htm

  S uvazheniem, Myasnikov Vladimir Quater1@yandex.ru