Волков И.В.
ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ЭНЕРГИЯ: ГИПОТЕЗЫ, ОТКРЫТИЯ И КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАДОКСЫ *
Аннотация:
статья посвящена темной материи и темной энергии — загадочным компонентам Вселенной. Рассматриваются гипотезы об их природе, экспериментальные подтверждения, включая данные о вращении галактик и открытия телескопа «Джеймс Уэбб», ставящие под сомнение традиционные космологические модели.
Ключевые слова:
темная материя, темная энергия, расширение Вселенной, космический вакуум, телескоп Джеймс Уэбб, гравитационные эффекты, аксионы, нейтрино, астрофизические наблюдения
Нейтроны, прыгающие в земной гравитации, помогают пролить свет на две из величайших тайн во Вселенной – темную материю и темную энергию, говорят исследователи [1].Темная материя является невидимым веществом, составляющим, как считается, 5/6 всей материи во Вселенной. Сила ее притяжения, по-видимому, помогает сохранить галактики вращающимися отдельно друг от друга на скоростях, на которых они кружатся.С другой стороны, темная энергия является таинственным материалом, который, как ученые считают, толкает Вселенную в стороны, поднимая скорость, с которой космос расширяется. Исследователи предполагают, что темная энергия может составлять около 70 процентов Вселенной (рисунок 1).Рис. 1. Состав Вселенной.В 30-е годы XX века американский астроном Ф. Цвикки показал, что галактики в скоплениях галактик движутся со скоростью, превышающей вторую космическую скорость галактики, что должно было приводить к разрушению галактики [2]. Ф. Цвикки высказал предположение, что в скоплениях галактик содержится невидимое вещество, которое проявляется только в гравитационном взаимодействии. Эта неизлучающая материя получила название темной материи.Свидетельства существования темной материи:1. Галактические ротационные кривые. Скорость вращения отдельных звезд вокруг центра галактики определяется из условия существования постоянной орбиты.2. Динамика скопления галактик. Усредненные по времени значения кинетической и потенциальной энергии связаны между собой теоремой о вириале. Измерения средних скоростей и расстояний дают значение массы темной материи на порядок больше видимой массы.3. Гравитационное линзирование. С помощью телескопа Hubble были получены изображения «кольца» темной материи, которые также свидетельствуют в пользу наличия темной материи, превышающей видимую в 10 раз.4. Горячий газ в скоплениях галактик имеет температуру (3–10)∙107 К. Чтобы удержать такие частицы, необходимы массы скоплений галактик также в 10 раз превышающие наблюдаемые.5. Динамическая масса скопления. Если известны размеры и скорость вращения скоплений галактик, то на основе теоремы о вириале можно оценить вириальную или динамическую массу скопления.Многочисленные наблюдательные данные подтверждают наличие во Вселенной значительного количества материи, не взаимодействующей с электромагнитным излучением, но оказывающей гравитационное влияние. Несмотря на убедительные доказательства её существования, физическая природа темной материи остаётся неясной. Это породило целый спектр гипотез, которые условно можно разделить на две группы — барионные и небарионные формы темной материи (таблица 1).Таблица 1. Гипотезы о природе темной материи.В 1998 г. было сделано сенсационное открытие антитяготения. Две группы ученых в США, одна под руководством А. Райсса и Б. Шмидта, другая − С. Перлмуттера, сообщили на основе наблюдений сверхновых типа 1а, что Вселенная расширяется с ускорением. Измеренная скорость удаления галактик, расположенных на расстоянии 5–10 млрд. световых лет оказалась ниже значения, предсказанного законом Хаббла. Сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем несколько млрд. лет назад. Ускоренное расширение Вселенной началось ~ 6,5 млрд. лет назад. Ускоренное расширение Вселенной связывают с наличием во Вселенной темной энергии − космического вакуума [3].Феномен расширения Вселенной не нуждается в ТЭ? В своей работе астрофизики сравнили воздействие темной энергии на пространство с эффектом Казимира, который действует на границы Вселенной. Эффект Казимира представляет собой взаимное притяжение двух незаряженных тел, например, металлических пластин, размещенных близко друг с другом.«Есть идея, согласно которой примерно то же самое происходит в космосе. Только это приводит, наоборот, к дополнительному отталкиванию, которое ускоряет расширение Вселенной. То есть, по сути, нет никакой "темной энергии", но есть проявление границ Вселенной. Это, конечно, не означает, что она где-то заканчивается, но может иметь место какая-то сложная топология. Вы можете провести аналогию с Землей. Ведь она тоже не имеет границ, но она конечна. Разница между поверхностью Земли и Вселенной заключается в том, что в первом случае мы имеем дело с двумерным пространством, а во втором — с трехмерным», — рассказывает один из исследователей, профессор Института физико-математических наук и информационных технологий БФУ Артем Асташенок.Телескоп «Джеймс Уэбб» опровергает все теории? Астрофизики из США обнаружили на изображениях космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST) три ярких объекта, которые могут быть «темными звездами» — теоретическими объектами намного больше и ярче Солнца, которые «питаются» частицами темной материи. Если открытие нового типа звезд подтвердится, оно может помочь раскрыть природу темной материи.По мнению исследователей, объекты JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 и JADES-GS-z11-0, которые излучали свет в период от 320 до 400 миллионов лет после Большого взрыва, могут быть не галактиками, а крупными звездными точечными телами с концентрацией темной материи внутри них, как показано на рисунке 2. Их можно назвать темными звездами [4].Рис. 2. Тёмные звезды.Согласно стандартным общепринятым теориям, галактики, образовавшиеся вскоре после возникновения нашей Вселенной, должны были состоять из звезд первого поколения (так называемое Население III) – звезд, гораздо более массивных и недолговечных, чем Солнце. Согласно этим теориям, ранние галактики должны были быть намного меньше современных, ведь они сливались друг с другом и у них было не так много времени для роста.Однако результаты наблюдений, полученные после первого года работы телескопа "Джеймс Уэбб", опровергли эту теорию. Некоторые из самых старых галактик оказались ярче, чем ожидалось.Эти расхождения с предыдущими теориями вызвали интерес в научном сообществе, а некоторые исследования указали на то, что теория образования галактик нуждается в коренном пересмотре.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 4
Ссылка для цитирования:
Волков И.В. ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ЭНЕРГИЯ: ГИПОТЕЗЫ, ОТКРЫТИЯ И КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАДОКСЫ // Вестник науки №6 (87) том 4. С. 1480 - 1485. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/24725 (дата обращения: 17.02.2026 г.)
Вестник науки © 2025. 16+