<< Titul'nyi list | Oglavlenie | 2. Temnoe veshestvo >>

1. Nablyudatel'nye svidetel'stva sushestvovaniya skrytoi massy

Naibolee ubeditel'nymi svidetel'stvami sushestvovaniya skrytoi massy schitayutsya:

1. nablyudeniya skoplenii galaktik (kinematika i ocenka massy svetyashegosya komponenta);
2. krivye vrasheniya (diskovyh) galaktik;
3. nablyudeniya rentgenovskogo izlucheniya (skoplenii) galaktik;
4. eksperimenty po mikrolinzirovaniyu.

K pervoi gruppe otnosyatsya znamenitye issledovaniya Cvikki, opublikovannye eshe v 30-h gg. XX v. V rabote [1] Cvikki primenil virial'noe sootnoshenie k galaktikam (rassmatrivaemym kak probnye chasticy), v skoplenii Coma. Raschety priveli Cvikki k zaklyucheniyu, chto srednyaya massa chasticy (galaktiki) sostavlyaet , v to vremya kak nablyudatel'nye ocenki srednei svetimosti dali lish' (zdes' i  - massa i svetimost' Solnca) Iz etogo byl sdelan vyvod, chto takie galaktiki chereschur massivny dlya sistem, sostoyashih iz zvezd tipa Solnca, i chto, vozmozhno, v nih prisutstvuet nekii massivnyi komponent, kotoryi ne svetitsya, t. e. «temnyi». Tak bylo vvedeno ponyatie temnogo veshestva («dark matter»). V eto ponyatie Cvikki vkladyval ne sovsem tot zhe smysl, kakoi vkladyvaetsya v nashi dni. Seichas terminom «temnoe veshestvo» oboznachayut tol'ko nositel' skrytoi massy nebarionnoi prirody, a nenablyudaemoe barionnoe veshestvo nazyvayut «temnym barionnym veshestvom». V etoi zhe rabote Cvikki takzhe ukazal na perspektivnost' metoda nablyudeniya gravitacionnyh linz i na to, chto krivye vrasheniya individual'nyh galaktik mozhno ispol'zovat' dlya analiza raspredeleniya massy v etih sistemah.

Postroennye na osnove doplerovskih nablyudenii zvezd i zon HII krivye vrasheniya galaktik, tochnee ih central'nyh chastei, v celom sootvetstvovali raspredeleniyu massy svetyashegosya veshestva. Odnako otkrytie ogromnyh, sostoyashih iz neitral'nogo vodoroda diskov vokrug opticheski nablyudaemyh spiral'nyh galaktik, uvelichivayushih razmery etih galaktik v neskol'ko raz, sil'no izmenilo nashi predstavleniya o raspredelenii massy v galaktikah (sm., naprimer, [2]). Okazalos', chto na bol'shom protyazhenii lineinaya skorost' vrasheniya ostaetsya postoyannoi. Na ris. 1 pokazana krivaya vrasheniya galaktiki NGC 3198 [2]. Krivaya vrasheniya, poluchennaya po nablyudeniyam HI na 21 sm (nizhnyaya panel'), razlozhena na tri sostavlyayushie. Krivaya, pomechennaya kak disk, - ozhidaemaya krivaya vrasheniya modeli galaktiki, u kotoroi raspredelenie poverhnostnoi plotnosti po radiusu sootvetstvuet (proporcional'no) raspredeleniyu poverhnostnoi yarkosti. V etom analize konstanta proporcional'nosti (t. e. otnoshenie massa/svetimost' - ) vybrana maksimal'noi. Edinstvennoe uslovie - skorosti vrasheniya dolzhny byt' ne vyshe nablyudaemyh. Gaz v galaktike takzhe daet svoi vklad v krivuyu vrasheniya (komponent gaz). Vidno, chto sovmestnyi vklad gaza i zvezd nedostatochen dlya ob'yasneniya nablyudenii krivoi vrasheniya. Prihoditsya dobavlyat' komponent (galo), sostoyashii iz nenablyudaemogo temnogo veshestva. Na bol'shih rasstoyaniyah ot centra galaktiki vklad etogo galo (inogda ispol'zuyut nazvanie «temnoe galo» - dark halo) yavlyaetsya dominiruyushim. Iz opisaniya procedury razlozheniya sleduet, chto massa opredelennogo takim obrazom galo yavlyaetsya minimal'noi. Pri umen'shenii galo dolzhno byt' bolee massivnym.

Dlya dekompozicii, kak eto sdelano na ris. 1, temnoe galo chasto rassmatrivayut kak sfericheskuyu sistemu s radial'nym raspredeleniem plotnosti po radiusu galaktiki v vide ), gde  - central'naya plotnost';  - shkala rasstoyanii. Imenno takoe raspredelenie daet ploskuyu krivuyu vrasheniya na bol'shih radiusah. Sferichnost' - eto pervoe priblizhenie, kak my uvidim nizhe, ryad avtorov delayut vyvod o nesferichnosti temnogo galo.

Takaya situaciya, t. e. sushestvovanie massivnogo galo, harakterna prakticheski dlya vseh spiral'nyh galaktik, dlya kotoryh udalos' pronablyudat' periferiinye oblasti (sostoyashie iz neitral'nogo vodoroda). Pohozhaya kartina nablyudaetsya i dlya karlikovyh nepravil'nyh galaktik i galaktik s nizkoi poverhnostnoi yarkost'yu [3], hotya dlya poslednih stepen' koncentracii temnogo veshestva k centru mozhet byt' men'shei, chem otmecheno v predydushem abzace.

Bolee zatrudneno izuchenie raspredeleniya skrytoi massy v ellipticheskih galaktikah. Kak otmechaet Merrifil'd [4], eto vyzvano tem obstoyatel'stvom, chto obshirnye gazovye diski vokrug takih galaktik ne nablyudayutsya, poetomu neprosto prosledit' krivuyu vrasheniya na bol'shih rasstoyaniyah ot centra galaktiki. Merrifil'd takzhe soobshaet o razrabotke i primenenii special'nogo instrumenta - Spektrografa Planetarnyh Tumannostei (Planetary Nebula Spectrograph) , s pomosh'yu kotorogo mozhno obnaruzhivat' i izuchat' kinematiku planetarnyh tumannostei vo vneshnih oblastyah galaktik. Pervye rezul'taty pokazyvayut, chto sluchainye skorosti planetarnyh tumannostei vedut sebya ne tak kak ozhidalos' po analogii s kinematikoi veshestva na periferii spiral'nyh galaktik. Oni ne vyhodyat na postoyannyi uroven', a sushestvenno umen'shayutsya, tak chto u ellipticheskih galaktik temnoe galo esli i est', to ochen' razrezhennoe i obshirnoe.

Dlya naibolee krupnyh ellipticheskih galaktik horoshim instrumentom dlya izucheniya skrytoi massy schitayutsya nablyudeniya goryachego gaza, izluchayushego v rentgenovskom diapazone [5]. Poskol'ku eti goryachie gazovye galo dolzhny byt' blizki k gidrostaticheskomu ravnovesiyu, izmerenie raspredelenii plotnosti i temperatury po rentgenovskim izobrazheniyam i spektram daet vozmozhnost' ocenivat' polnoe raspredelenie massy. Kak pokazyvayut rezul'taty rabot mnogih issledovatelei (sm., naprimer, obzor v [6]), vo vnutrennih oblastyah gigantskih ellipticheskih galaktik na rasstoyaniyah , gde  - effektivnyi radius, dominiruet obychnoe veshestvo, a temnaya materiya sostavlyaet ne bolee 20 % , no pri dominiruet uzhe temnaya materiya.

Eshe odnim sposobom obnaruzheniya temnoi materii yavlyayutsya nablyudeniya sobytii mikrolinzirovaniya. Naprimer, Shil'd [7] privodit ryad primerov registracii sobytii mikrolinzirovaniya kvazarov i zaklyuchaet, v chastnosti, chto naibolee veroyatnym ob'yasneniem yavlyaetsya sushestvovanie kosmologicheskogo naseleniya ob'ektov massami poryadka planetnyh v galaktikah-linzah.

Priroda skrytogo veshestva neizvestna. Dlya ee ob'yasneniya vydvigalis' i vydvigayutsya ves'ma raznoobraznye gipotezy. Obsuzhdaetsya ochen' shirokii nabor vozmozhnostei dlya ob'yasneniya fizicheskoi prirody nositelei temnogo veshestva - ot elementarnyh chastic do zvezd-karlikov i chernyh dyr. Massy kandidatov na etu rol' razlichayutsya bolee chem na 70 poryadkov velichin! Bolee togo, sovremennye kosmologicheskie modeli privodyat k predstavleniyu o tom, chto bol'shaya chast' skrytoi massy sostoit iz tak nazyvaemogo «temnogo veshestva», priroda kotorogo neobychna i rezko otlichaetsya ot privychnogo nam barionnogo veshestva.

---

<< Titul'nyi list | Oglavlenie | 2. Temnoe veshestvo >>