Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Например, в достаточно популярных моделях «гибридной» инфляции эволюцией Вселенной управляют два поля (а иногда и больше). И хотя обычно они имеют сопоставимую величину, это условие строгим не является.

Так что второе поле, будучи абсолютно не существенным в силу исключительно малой величины (по сравнению с основ­ным) в начальные моменты — после его «распада» постепенно «копило силы» и вышло к настоящему моменту на первое место по плотности энергии во Вселенной.

Еще более такой сценарий становится понятен в случае фан­томной энергии. Но, хотя такая субстанция гипотетически тре­буется для построения столь же гипотетических «кротовых нор» («гиперпространственных туннелей», являющихся, впрочем, темой другого разговора) — в силу причин, о которых мы рас­сказали немного выше, ее присутствие во Вселенной является определенно не самым желанным событием.

Увы, как уже было сказано, ни одного «экспериментального» примера фундаментального скалярного поля наука на данный момент пока не знает. И вопрос о природе темной энергии оста­ется одним из самых актуальных в современной космологии.

375

Ну, и совсем уж «приземленным», думаем, теперь покажется разговор о темной материи.

Но даже и с ней дело пока представляется не менее темным, чем она сама. Скорее даже более — ведь темную материю, как мы уже не раз говорили, скорее можно назвать совершенно про­зрачной, чего никак нельзя сказать про вопрос о ее природе.

И для начала нужно отделить «темную материю» от «скрытой массы». В русскоязычной литературе эти два термина зачастую используются как синонимы, но на самом деле, разница между ними есть.

Термин «скрытая масса» более широк — он включает в себя и объекты из «обычной», барионной материи, которые пока не­доступны нашему наблюдению из-за несовершенства аппарату­ры. Например, такими объектами могут быть коричневые кар­лики, из которых частично могут состоять гало галактик, как по­казывают результаты экспериментов по обнаружению событий гравитационного микролинзирования, проведенных, в частно­сти, американскими и австралийскими учеными (эксперимент МАСНО) и группой французских и чилийских ученых (экспери­мент EROS).

Но вся «скрытая масса» не может состоять из одних толь­ко пока не обнаруженных объектов из барионной материи (для которых сейчас часто используется термин «темные ба- рионы»). Очень строгие ограничения на общую величину барионной компоненты накладывают, например, данные по первичному нуклеосинтезу, а также данные по анизотропии реликтового излучения. Не стоит забывать и про аргумент о скорости образования структуры Вселенной, который мы при­водили ранее.

Так что около четверти полной плотности Вселенной обяза­тельно должны быть в виде какой-то другой, небарионной фор­мы материи. Именно эта доля массы Вселенной и называется «темной материей». С обычным веществом она может взаимо­действовать только гравитационным образом и еще, возможно, с помощью сил слабого взаимодействия, темп которых в глобаль­

376

ном масштабе слишком мал на современной стадии эволюции Вселенной.

Что же это может быть за материя?

Один из кандидатов хорошо известен — это массивные ней­трино. Однако, как мы уже говорили, их доля (не более 2% пол­ной плотности) слишком мала по сравнению с требуемой вели­чиной.

Более того, нейтрино обычно выделяют в отдельный подвид темной материи — так называемую «горячую темную материю». Термин связан со скоростями частиц — в свою очередь завися­щими от массы, которая у нейтрино, как известно, очень мала. Кстати, именно из-за того, что нейтрино являются «горячей» материей, и вытекают столь сильные ограничения на их долю — ибо «горячие» частицы должны оказывать достаточно специфи­ческое влияние на наблюдательные данные, деталей которого мы касаться здесь не будем.

Значит, неизвестная нам темная материя должна быть, во- первых, небарионной, а, во-вторых — «холодной», т. е. достаточ­но массивной.

И исторически, пожалуй, первый кандидат тут — «вездесу­щие» черные дыры. Первичные черные дыры, возникавшие в самые начальные моменты эволюции Вселенной.

За последнее время были получены достаточно строгие огра­ничения на возможный диапазон их масс (понятно, например, что слишком «легкие» черные дыры давно уже должны были ис­париться к настоящему моменту времени), но полностью данная возможность пока не закрыта.

Тем не менее, большинство ученых склоняется к тому, что ча­стицы темной материи являются все же частицами элементар­ными. Только — пока не открытыми. Общее название этого клас­са частиц — WIMP’bi (Weakly interacting massive particle — сла- бовзаимодействующие массивные частицы), а одни из наиболее «популярных» представителей — аксионы и нейтралино.

Они не обязательно должны быть совершенно равномерно распределены по Галактике — возможно, например, что они об­

377