Одной из величайших загадок современной науки является темная материя. Если вы не знакомы с этой темой, темная материя и темная энергия представляют собой две «недостающих части» нашей Вселенной. Они необходимы, чтобы объяснить геометрию космоса и общее количество наблюдаемой материи, существующей в космосе. Они объясняют крупномасштабную структуру Вселенной и наблюдаемое расширение нашей Вселенной.
У нас есть доказательства существования темной материи, поскольку мы можем наблюдать, как она взаимодействует гравитационно с видимой материей и электромагнитным излучением; по факту же мы никогда ее не видели.
В этом-то и проблема.
Благодаря ряду наблюдений, мы знаем, что темная материя существует и что она составляет порядка 26,8% от общей плотности энергии в наблюдаемой Вселенной… но мы понятия не имеем, что это такое. Поэтому ничто не мешает ученым создавать интересные гипотезы на тему состава темной материи. Одна из самых любопытных включает всеми любимые космологические объекты — черные дыры.
Что скрывается в черных дырах?
Черные дыры — это самые массивные и мощные объекты в известной нам Вселенной. Они настолько огромны и так сильно искривляют пространство-время, что даже свет не может покинуть их окрестности. Поскольку свет не может покинуть черную дыру, эти гигантские структуры являются воистину темными — мы просто не можем увидеть их напрямую. И темная материя, по сути, является крупным скоплением вещества, которое мы не видим.
Могут ли черные дыры ответить на вопрос темной материи? Не совсем.
Мы уже знаем, что черные дыры — мощнейшие объекты в известной Вселенной. Их присутствие говорит само за себя. Во-первых, с помощью силы тяжести. Мы можем «видеть» черные дыры (или по крайней мере эффект, выдающий их присутствие), измеряя воздействие, которое они оказывают на вещество вокруг них.
Ярким примером этого являются сверхмассивные черные дыры, которые живут в центре галактики. Глядя на центр, к примеру, нашей галактики, мы видим, как ускоряются звезды вокруг него. Энн Мартин из Корнелльского университета отмечает, что единственное, что объяснит это ускорение, это сверхмассивная черная дыра. Мартин отмечает, что «используя это и уравнения, описывающие орбиты таких звезд, мы можем по факту рассчитать массу черной дыры».
И это не единственный способ обнаружения черной дыры по гравитации. Как и все массивные объекты, они искривляют свет, изменяя его направление по мере движения через космос. Этот эффект известен как «гравитационное линзирование» и позволяет нам наблюдать за черными дырами.
Во-вторых, есть аккреционный диск. Что это? Диск аккреции — это, по сути, ужасно горячее кольцо огня, окружающее черную дыру. Образуется оно потому, что материя, попадающая в черную дыру, падает не прямо в яблочко, а закручивается вокруг нее по мере приближения к краю (как в водовороте). По мере вращения материя трется, появляется трение, а трение вырабатывает много тепла. Эта огненная масса материи нагревается до сотен тысяч градусов.
Если черная дыра будет кушать, мы однозначно это увидим.
Короче говоря, маловероятно, что в космосе может остаться незамеченной целая орда черных дыр, поскольку мы можем их обнаружить и обнаружим.
В-третьих, мы знаем, что темная материя существует, благодаря математическим выкладкам того, как быстро материал в галактике вращается относительно центра галактики (где расположена большая часть галактического материала). Из этих графиков нам известно, что темная материя окружает галактики. Мы точно знаем, что темная материя — это не просто пара черных дыр в центре межгалактического пространства, поскольку галактики вращаются и эволюционируют со временем.
И еще одно…
Самое интересное в темной материи не то, что мы ее не видим, а то, что темная материя не состоит из обычного вещества, как обычная барионная материя. Потому-то мы ее и не видим — барионы взаимодействуют между собой через гравитацию, ядерные силы и электростатику. Эти взаимодействия и позволяют барионной материи (вроде звезд) излучать свет и не дают вашей руке пройти сквозь стол — частицы в вашей руке будут электростатически отталкиваться от частиц стола. Темная материя, однако, взаимодействует только гравитационно. Поэтому мы наблюдаем ее эффекты в движении галактик и звезд, но не видим ее напрямую; она не излучает и не абсорбирует свет. Частицы темной материи также могут проходить через обычную материю почти полностью незамеченными, поскольку не взаимодействуют электростатически, а значит, мы не сможем потрогать ее или почувствовать напрямую.
Таким образом, основные проблемы, связанные с допущением связи между черными дырами и темной материи, заключаются в том, что темная материя может быть барионной. Но это не так. Или что черные дыры — это странные объекты, которые будут взаимодействовать с обычной материей не так, как другие космические объекты (вроде звезд). Но это тоже далеко от правды. Черные дыры — это просто массивные сгустки обычной привычной материи.
