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, 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 1012} 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
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
gravitacionnaya linza - buryi karlik - energiya vakuuma - lyambda-chlen - Kosmologiya - srednyaya plotnost' Vselennoi - nebarionnaya materiya - Skrytaya massa - temnaya materiya
Publikacii so slovami: gravitacionnaya linza - buryi karlik - energiya vakuuma - lyambda-chlen - Kosmologiya - srednyaya plotnost' Vselennoi - nebarionnaya materiya - Skrytaya massa - temnaya materiya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
