Прихована маса - Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті
Космологія прихована маса всесвіт
Існуючі у Всесвіті тіла і скупчення речовини астрономи знаходять в основному по їх випромінюванню. Це може бути видимий спектр або інші види електромагнітних хвиль -- все одно є ознаки випромінювання, що дозволяють їх реєструвати. Саме таким способом встановлено, що велика частина видимої речовини Всесвіту зосереджена в зірках. Окрім них є розріджений міжзоряний галактичний газ, пил, тіла планетного типу поблизу зірок.
Проте, не від всіх космічних об'єктів можна прийняти випромінювання. Наприклад, із Землі не можна розглянути масивні, але дуже маленькі елементи подвійних систем. А чорні діри принципово не відпускають ніякого випромінювання. Наявність подібних тіл вдається встановити тільки по їх гравітаційній дії на сусідів. Вживання такого непрямого методу привело учених до переконання, що насправді У Всесвіті міститься набагато більше речовина, ніж то, яке доступне прямим наглядам.
Як виникли підозри про існування прихованої маси? Найважливіші наглядові дані про це зводяться до наступного. За допомогою радіотелескопів спостерігаються рухи супутників окремих галактик (ними є маленькі галактики) або руху газових хмар. Ці об'єкти часто рухаються на відстанях далеко за видимою межею галактики (обкресленою масою зірок, що світяться), де, здавалося б, ніякої матерії в помітних кількостях вже немає. Проте, обчислена за цими спостереженнями маса тієї або іншої галактики, навкруги якої спостерігалися такі рухи, виявлялася іноді раз в десять більше, ніж визначена по руху зірок на видимій межі галактики. Це значить, що навкруги видимого тіла галактики є якась невидима корона, що містить величезні маси. Тяжіння цих мас ніяк не позначається на рухи зірок глибоко усередині корони на краю видимої галактики, оскільки ми знаємо, що сферична оболонка усередині себе тяжіння не створює, але ці маси впливають своїм тяжінням на рух тіл на околицях корони і зовні неї.
Ще більші приховані маси є в міжгалактичному просторі в скупченнях галактик. В таких скупченнях галактики рухаються хаотично. Тому астрофізики спочатку вимірюють швидкості окремих галактик, а, потім, після знаходження середньої швидкості, обчислюють повну масу скупчення, що створює загальне поле тяжіння, яке розгонить галактики, що рухаються в ньому. Зрозуміло, ця маса включає всю речовину -- і видиме, і невидиме. І ось виявляється, що іноді повна маса в багато десятків разів перевищує сумарну масу всіх галактик, що світиться, в скупченні.
Вперше про приховану масу заговорили в 30-х рр. ХХ в. Швейцарський астроном Фріц Цвікки, вимірюючи по червоному зсуву швидкості галактик з скупчення в сузір'ї Волосся Вероніки, одержав несподіваний результат. Променеві швидкості цих галактик виявилися дуже високими і не відповідали загальній масі скупчення, визначеній по числу спостережуваних галактик (тобто по видимій речовині). Тоді Цвікки висунув сміливу гіпотезу, що в скупченні присутня невидима, прихована маса, вона-то і є причиною великих швидкостей галактик. Але найдивнішим було те, що, згідно розрахункам, ця невидима маса у багато разів перевищувала масу видиму. Та ж картина спостерігалася і в багатьох інших скупченнях галактик.
З тих пір гіпотеза про існування невидимої речовини неодноразово притягувалася для інтерпретації астрономічних наглядів, і перш за все, для пояснення особливостей руху зірок і газових хмар по орбітах в дисках галактик. Якби основна маса галактики була зосереджена в зірках, їх орбітальні швидкості зменшувалися б у міру видалення від центру. Насправді вони не тільки не зменшуються, але у ряді випадків навіть зростають. Те ж саме відбувається і в нашій Галактиці. Щоб пояснити це явище, потрібно припустити, що далеко за межами видимих меж галактики тягнеться матерія, що не світиться, темна. Звичайно її називають темним гало. З його обліком маса гігантських спіральних систем типу Чумацького Шляху виявляється рівною приблизно 1012 масам Сонця, тоді як речовини, укладеного в зірках, у декілька разів менше.
В 70-х рр. методами рентгенівської астрономії був відкритий гарячий міжгалактичний газ, особливо помітний в скупченнях галактик. Його температура досягає десятків мільйонів градусів. По значенню температури можна оцінити характеристики гравітаційного поля, в якому знаходиться газ, а отже, і повну масу речовини, що є джерелом цього поля. Вже перші результати рентгенівських наглядів гарячого газу в скупченнях галактик підтвердили присутність в них прихованої маси, що не входить до складу окремих галактик.
Ще одну пряму вказівку на приховану масу вдалося одержати при вивченні руху Місцевої групи галактик. (До Місцевої групи входять наша Галактика і її найближчі сусіди.) В середині 80-х рр. за наслідками дуже успішної місії космічної інфрачервоної обсерваторії HPAC (IRAS) було встановлено, що рух Місцевої групи в просторі направлений в ту сторону, де зосереджена велика кількість галактик. В цьому немає нічого дивного, адже за законом тяжіння велика маса повинна притягати оточуючі групи галактик. Але зміряна швидкість руху виявилася дуже високою (більш 600км/с), щоб її можна було пояснити гравітаційною дією спостережуваних галактик. Це свідчило про присутність прихованої маси між галактиками.
Нарешті, нагляди слабких галактик, проведені за допомогою чутливих детекторів випромінювання - ПЗС-матриць, -- дозволили не просто підтвердити наявність прихованої маси, але і достатньо точно позначити її розподіл в скупченнях галактик. Цей метод називають гравітаційним лінзуванням, ідею якого вперше висунув Цвікки ще в 1937 р. Метод цей заснований на тому, що гравітація скупчення галактик діє як збираюча лінза. Вона дозволяє одержати зображення слабких галактик (як правило, 22-28 зоряної величини), що знаходяться далеко за самим скупченням. При цьому зображення самих галактик стають яскравіше і спотворюються, витягуючись в дуги різної довжини з центром, співпадаючим з центром скупчення. Аналізуючи такі зображення, можна відновити розподіл густини в "лінзі", тобто в скупченні галактик. Виявилося, що створююча тяжіння матерія тягнеться далеко за межі видимої частини скупчення.
Існування прихованої маси кардинально міняє оцінку загальної усередненої густини всіх мас Всесвіту. Можливо, є прихована маса і між скупченнями галактик. Її знаходити особливо важко. Але якщо це так, то не виключено, що повна середня густина рівна критичній густині або навіть дещо більше. Таким чином, поки не можна сказати, чи більше істинна густина всіх видів речовини у Всесвіті, ніж критична густина, чи ні. Значить, ми поки не можемо сказати безумовно, чи буде Вселена розширятися необмежено або ж в майбутньому вона почне стискатися.
Чим є прихована маса? Треба прямо сказати, що фізична природа прихованої маси поки неясна. Частково ця маса може бути обумовлена величезним числом зірок, що слабо світяться і тому практично невидимих здалека, або інших небесних, що не світяться, тел. Проте вірогідніше, що прихована маса є своєрідним реліктом тих фізичних процесів, які протікали в перші миті розширення Всесвіту. Прихована маса, можливо, є сукупністю великого числа елементарних частинок, що володіють масою спокою і слабовзаємодіючих із звичайною речовиною. Теорія передбачає можливість існування таких частинок. Ними можуть бути, наприклад, нейтрино, якщо вони володіють масою спокою.
Яка ж природа невидимої речовини? Можливо, прихована маса створюється не відкритими поки елементарними частинками. Справа в тому що, згідно сучасної теорії гарячого Всесвіту, максимально можлива маса баріонів (протонів і нейтронів -- частинок, з яких складаються атомні ядра всіх хімічних елементів) не перевищує 10% від маси, необхідної для критичної густини, тобто тієї густини, який теоретично повинен володіти Всесвіт. Тому залишається або припустити, що у Всесвіті крім звичайної баріонної (атомної) маси міститься ще дуже багато речовини, що не складається з атомів, або вважати, що порожній простір (вакуум) володіє такими властивостями, що вносить свій внесок в повну густину матерії. У принципі небаріонна прихована маса може бути укладена в легких елементарних частинках (з масою в мільйони раз менше маси спокою електрона), існування яких слідує їх сучасній фізичній теорії елементарних частинок. Пошуки таких частинок посилено ведуться на наймогутніших прискорювачах, але поки не увінчалися успіхом.
Проте, частина прихованої маси можливо полягає в тілах, що складаються із звичайних атомів. Спостерігаючи речовину, що світиться, можна зробити висновок, що зірки, що містять основну частину видимої матерії, - це лише невелика частина навіть від баріонної речовини. Значить у Всесвіті напевно багато невидимих і не відкритих поки об'єктів баріонної природи, швидше за все газових тіл з масою, проміжною між масою зірок і невеликих планет (їх називають "темними" карликами). Теоретично такими об'єктами можуть бути чорні діри масою близько ста сонячних. Можливо, що ці невидимі об'єкти -- частина речовини, що залишилася від епохи утворення галактик, або залишки еволюції зірок, що існували ще до народження галактик. Хоча таких темних тіл навряд чи вистачить для пояснення парадоксу прихованої маси, їх пошуки активно проводяться. Перспективними в цьому відношенні є роботи по гравітаційному мікролінзуванню.
Досліджуючи ефекти гравітаційного мікролінзування мільйонів зірок в Магелланових Хмарах, астрономи зареєстрували декілька випадків характерної зміни яскравості далеких слабких зірок. Це може бути пов'язано з існуванням темних об'єктів в гало нашої Галактики. Проте з наглядів поки важко остаточно визначити, яку частину маси невидимої речовини вони складають.
Похожие статьи
-
"Непорожній" Всесвіт - Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті
Повернемося до проблеми критичної густини. Яке ж значення критичної густини? Сформулюємо найважливішу задачу наглядової космології: яка середня густина...
-
"Порожній" Всесвіт - Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті
Що буде, якщо зі Всесвіту прибрати всю речовину? На перший погляд здається, що така операція абсолютно абстрактна і одержувана модель відповідатиме лише...
-
Перша космологічна модель була побудована А. Ейнштейном в 1917 р. незабаром після створення ним Загальної теорії відносності. Як і все тоді, він вважав,...
-
Висновок - Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті
Космологія швидко розвивається. Багато нових робіт в цій області з'являється у відкритому друці останніми роками. Але розказати про всі неможливо, кожна...
-
Модель Всесвіту - Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті
Що значить, побудувати модель Всесвіту? Найзагальніша відповідь на це питання така: необхідно знайти рівняння, яким підкоряються параметри, що...
-
Трохи історії - Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті
Розглянемо дуже стисло, які етапи пройшов розвиток науки про Всесвіт вже у наш час. Сучасна космологія виникла на початку XX століття після створення А....
-
Вступ - Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті
Прагнення представити структуру всього навколишнього світу завжди було однією з насущних потреб людства, що розвивається. "який влаштований світ? Чому...
-
Висновок - Космологія. Проблеми космології
Отже, космологія - фізичне вчення про Всесвіт як вцілому, що включає в себе теорію всієї охопленої астрономічними спостереженнями області простору -...
-
Вступ, Еволюція зірок - Еволюція зірок
Дивлячись на всіяне зорями небо, людина приходить у захват, не залишаючись байдужим до того, що бачить. "Відкрилася безодня, зірок повна. Зіркам числа...
-
Геометрія і механіка Всесвіту - Космологія. Проблеми космології
В основі теорії однорідного ізотропного Всесвіту лежать два постулати: 1. найкращим відомим описом гравітаційного поля є рівняння Ейнштейна; з цього...
-
Невирішені проблеми - Космологія. Проблеми космології
Релятивістська космологія пояснює спостережуваний сучасний стан Всесвіту, вона передбачила невідомі раніше явища. Але розвиток космології поставило і ряд...
-
Проблеми космології - Космологія. Проблеми космології
Сучасний етап в розвитку космології характеризується інтенсивним дослідженням проблеми початку космологічного розширення, коли густина матерії і енергії...
-
Теорія хімічної еволюції галактик вивчає зміну з часом хімічного складу галактик. Зміна з часом хімічного складу галактик обумовлена еволюцією зір різної...
-
Вступ, Приблизні розміри планет відносно одна одної та Сонця - Сонячна система
У Сонячну систему входить Сонце, вісім великих планет з більш ніж 100 супутниками, декілька малих планет, більше 100 000 астероїдів, порядку 1011 комет,...
-
Сегодня космология еще не в состоянии ответить на ряд принципиальных вопросов. Среди них основные: что было до начала наблюдаемого расширения? Будет ли...
-
Теория Большого взрыва была придумана для того, чтобы объяснить происхождение вселенной. Почему-то из знакомства с ней обычно выносят больше вопросов,...
-
Дані, на яких заснована наука. - Космологія. Проблеми космології
Існує шість основних принципів побудови Всесвіту, які використовуються в космології: Простір ізотропно. Це означає, що всі об'єкти в космосі - як планети...
-
Езотерична космологія, Космологія, розділена на дві гілки - Космологія. Проблеми космології
Більшість езотеричних і окультних вчень містять доволі складну космологію. Вони складають мапу Всесвіту і станів існування та свідомості відповідно до...
-
Метафізична космологія, Релігійна космологія - Космологія. Проблеми космології
У філософії та метафізиці, космологія має справу з Всесвітом, який, за означенням, охоплює весь простір, час і всі явища. Історично, космологія мала...
-
Космологія Великого Вибуху - Космологія. Проблеми космології
Бельгійський астроном Жорж Ламетрі, який вивчав зірки, висловив припущення, що 15 мільярдів років тому Всесвіт був маленьким і дуже щільним. Це стан...
-
Заключение - Проблема множественности разумных миров и изучение НЛО
Вселенная галактика цивилизация космический Идея о множественности обитаемых миров зародилась еще в древнегреческой философии. Время от времени она...
-
Общие положения теории внеземных цивилизаций - Проблема поиска внеземных цивилизаций
Направления поиска свидетельств существования антропоморфной цивилизации во Вселенной основываются на ряде теоретических положений о возникновении и...
-
На протяжении длительного времени, почти до начала 60-х годов, непосредственный интерес к проблеме поиска разумной жизни во Вселенной проявляли почти...
-
Вероятность иной жизни во Вселенной - Проблема множественности разумных миров и изучение НЛО
Прежде всего, следует отметить, что вопрос о внеземных цивилизациях имеет свою научную постановку, которая существенно отличается от его трактовок...
-
НЛО, НЛО и другие аномальные явления - Проблема внеземных цивилизаций
НЛО и другие аномальные явления Уфологи до сих пор спорят о происхождении НЛО и других аномальных явлений, в частности, так хорошо всем известного...
-
История проблемы внеземных цивилизаций и ее особенности - Проблема внеземных цивилизаций
Представления о существовании жизни вне Земли возникли в глубокой древности. В своих догадках об обитаемых мирах древние мыслители исходили их общих...
-
Емпіричний закон - закон Хаббла - Космологія. Проблеми космології
Наступний крок був зроблений в 1924 р., коли в обсерваторії Маунт Вілсон в Каліфорнії американський астроном Е. Хаббл (1889-1953) виміряв відстань до...
-
Фізична космологія - Космологія. Проблеми космології
Фізична космологія -- підрозділ астрономії, який досліджує фізичне походження Всесвіту і його природу в найбільших масштабах. На раньому етапі свого...
-
Астрономія - парадоксальна наука - Космологія. Проблеми космології
Астрономія - парадоксальна наука, яку людство створило немов на зло самому собі. Вона дає можливість нам за допомогою спостережень і обчислень буквально...
-
Любого из нас поражает величественная картина звездного неба, раскинувшегося от горизонта до горизонта. Душу переполняет чувство трепета перед...
-
Показания очевидцев, Что говорят свидетели - Проблема тунгусского метеорита
Что говорят свидетели Наблюдатель метеорологической станции в далеком от места "взрыва" Илимске Н. Полюжинский так описал случившееся в письме А. В....
-
Пошуки чорних дір - Чорні діри
Розрахунки в рамках ЗТВ вказують лише на можливість існування чорних дір, але аж ніяк не доводять їх наявності в реальному світі, відкриття чорної діри...
-
Що є Земля, Місяць, Сонце, зорі? Де починається і де закінчується Всесвіт? Коли він виник і з чого складається? Що сприяло його утворенню? Де межі його...
-
В розділі досліджується можливість утворення зоряного населення гало галактик в окремих фрагментах до їх злиття. Старе зоряне населення галактик несе в...
-
"Теорія Великого вибуху" Велимкий вимбух (англ. Big Bang Theory ) -- фізико-космологічна теорія про ранню стадію еволюції Всесвіту з надзвичайно щільного...
-
Етапи розвитку Всесвіту, Гіпотеза Канта-Лапласа - Гіпотези походження Всесвіту
Назва ери Вид матерії Тривалість Квантової космології Не з'ясований < 10-42 c Адронна Баріони, мезони 10-42 - 10-4 Лептонна Мюони Електрони Позитрони,...
-
Галактика - История астрономических знаний
С XVII века важнейшей целью астрономов стало изучение Млечного Пути - этого гигантского собрания звезд, которые Галилей увидел в свой телескоп. Усилия...
-
Формування чорних дір - Чорні діри
Найбільш очевидний шлях утворення чорної діри - колапс ядра масивної зірки. Поки в надрах зірки не виснажився запас ядерного палива, її рівновага...
-
Экипаж корабля - Проблема тунгусского метеорита
В мире найдется множество людей, утверждающих, что они либо были пилотами звездолета, погибшего в Сибири в 1908 году, либо были тому непосредственным...
-
Введение - Проблема тунгусского метеорита
Известно, что тайны нужны, более того, необходимы науки, потому что именно нерешенные загадки заставляют людей искать, познавать непознанное, открывать...
Прихована маса - Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті