Тайны открытий XX века

Что такое материя? Ответ знаком со школьной скамьи. Материя — это «объективная реальность, которая… отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них» (В.И. Ленин). Однако с недавних пор астрофизики наделяют большую часть материи совершенно противоположными свойствами. Эта материя и не видима нами, и не дана нам в ощущениях. Ее можно было бы назвать «абсолютным ничто», если бы она не оказывала такого сильного гравитационного воздействия на окружающий мир. Это — незримая «темная сила», правящая миром, следовало бы сказать, вспомнив фантастический фильм.

Окружающий мир долго казался нам удивительно знакомым. Его слагали камень и металл, воздух и вода. Там, за горизонтом, материальный мир продолжался. В спектрах далеких звезд ученые с умилением обнаруживали все те же химические элементы, что известны нам на Земле. Словно сосуд, наполненный до краев песчинками, Космос был наполнен смесью одних и тех же веществ. За видимым разнообразием скрывался конгломерат электронов, нейтронов, протонов и других знакомых частиц. Расчеты космологов показали позднее, что это не так. «Большая часть мироздания состоит из материи неизвестного нам происхождения — темной материи» — таково было общее мнение. Но и оно было перечеркнуто. Сейчас мы гораздо лучше понимаем, из чего состоит Вселенная. Этому «из чего» и посвящен наш рассказ.

Галактические скопления содержат мириады звезд

За последние годы мы свыклись с мыслью о том, что видимая материя — ее называют «барионной» — составляет меньшую часть Вселенной. Какими бы громадными ни казались нам звезды и галактики, они — песчинки, брошенные в океан тьмы. Все остальное — невидимый и неведомый мир, сказочное «то, не знаю что». Оно не искажает свет и не улавливает потоки частиц, не излучает электромагнитные волны и не отражает их. Безмерная шапка-невидимка накинута на весь окружающий Космос, и лишь россыпь звезд, разбросанных вокруг этого таинственного Нечто, выдает нам его очертания. Мы ощущаем неимоверную тяжесть, исходящую от него.

Это Нечто разрослось прямо на наших глазах. Первые сомнения в том, что все видимое нами и есть космический мир, зародились, когда ученые измерили скорость вращения спиральных галактик. По законам Кеплера, их центральная часть должна была вращаться быстрее периферийной. Это не подтвердилось. Очевидно, галактики были окружены массивными, но невидимыми нам скоплениями материи.

В восьмидесятые годы во Вселенной были обнаружены обширные скопления галактик. Они тоже не вписывались в привычную теорию. Так, в конце 1980-х годов на небе Северного полушария была открыта так называемая Великая стена — скопление галактик протяженностью 700 миллионов световых лет. Она напоминала полосу пены, взбитую на небосводе, и содержала тысячи галактик. Подобные структуры могли возникнуть вскоре после Большого Взрыва лишь потому, что в космосе гораздо больше материи, чем можем заметить мы. Иначе бы их не было по сей день! Очевидно, сгустки темной материи становились своего рода «центрами конденсации» при образовании галактик.

Астрономы придумывали самые разные теории, пытаясь понять природу темной материи. Недостающую массу мироздания пытались восполнить, суммируя «бурых карликов» — это несостоявшиеся звезды, крупные небесные тела, в недрах которых так и не началась термоядерная реакция, — а еще прибавляя к ним громады черных дыр и пучки нейтрино.

Однако точнейшие измерения космического фонового излучения, проведенные в 2001 году, показали, что темная материя не может быть «горячей», то есть не может состоять из нейтрино — частиц, движущихся почти со скоростью света. Нельзя ее трактовать и как совокупность массивных несветящихся объектов — «бурых карликов». Мы живем в занимательное время, подчеркивают физики, хотя общее количество темного вещества известно довольно точно, его по-прежнему невозможно идентифицировать.

Очевидно, темная материя состоит из не описанных Стандартной моделью и не открытых пока еще — небарионных — частиц, движущихся очень медленно. Эти долгоживущие частицы тяжелее нейтронов и протонов и взаимодействуют с ними посредством гравитации. Никакого иного влияния на обычное вещество они не оказывают; у них нет электрического заряда; они не взаимодействуют даже между собой. Подсчитано, что масса этих загадочных частиц должна превышать массу любой известной нам элементарной частицы. Им подобраны звучные названия: «аксионы», «нейтралино», WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, «слабо взаимодействующие массивные частицы»). «Как океан объемлет шар земной», так видимый мир кругом объят темной материей.

В 2000 году группа исследователей, работавших на итальянском детекторе DAMA под Римом, уже заявляла, что им удалось, наконец, обнаружить некие массивные частицы, из которых, наверное, и состоит темная материя. Однако это заявление не подтвердилось.