Физики потратили три десятилетия на доказательство того, что темная материя состоит из новых неизвестных науке частиц, однако особых успехов в этом добиться не удалось. Возможно, поэтому в последнее время некоторые ученые пытаются заново взглянуть на проблему избыточной массы во Вселенной.

В XX веке астрономы, подсчитав массу различных галактик, пришли к выводу, что сил притяжения в них не достаточно для удержания звезд вместе. Темной материей называют невидимое вещество, которое, в сочетании с обычной материей, создает достаточную гравитацию для поддержания галактик в том виде, в котором они наблюдаются. Физики подсчитали, что на темную материю приходится 27% массы Вселенной, а на обычную – только 5%.

Основным кандидатом на звание частиц темной материи называются вимпы (WIMP, weakly interacting massive particles, т. е. слабовзаимодействующие массивные частицы). Ученые надеялись обнаружить их на Большом адроном коллайдере, однако эксперимент результатов не дал. Другие детекторы (например, американский детектор LUX - Large Underground Xenon) также не приблизили физику к обнаружению вимпов. В сентябре 2014 года профессор физики и астрономии Канзасского университета Михаил Медведев предложил новую гипотезу о природе темной материи, не включающую в себя экзотические частицы. Теперь профессор Гленн Старкмен и д-р Дэвид Джейкобс из Университета Кейптауна предлагают рассмотреть возможность того, что темная материя состоит макроскопических объектов – макросов. Размеры этих макросов могут начинаться от нескольких сантиметров и достигать размеров астероида. При этом плотность их должна быть сравнима с плотностью нейтронной звезды.

Предложенные южноафриканскими учеными макросы могут состоять из обыкновенных частиц, входящих в Стандартную модель. Так называют теоретическую модель в современной физике, описывающую все частицы, существование которых доказано. В 1980-х годах ученые предполагали, что за темной материей могут скрываться недоразвитые планеты-гиганты, белые карлики, нейтронные звезды, небольшие черные дыры звездного размера и массивные нейтрино, однако все эти версии пришлось отвергнуть. По мнению ученых из Кейптауна, темная материя может родственной нейтронным звездам или ядрам крупных атомов. «Мы говорим «родственной», потому что она, вероятно, имеет существенную примесь странных кварков». – говорит Старкмен. Кварки странного аромата обычно удается получить только на ускорителях элементарных частиц, поскольку они имеют маленький срок существования и быстро распадаются на другие частицы. Старкмен указывает на то, что, нестабильность этих кварков в обычных условиях не обязательно означает, что они не могут существовать на протяжении длительного времени. Например, обычно нестабильные нейтроны становятся стабильными, установив связь с протонами гелия.

«Существует вероятность того, что стабильная странная ядерная материя, существовавшая в ранней Вселенной, и темная материя – не более чем соединения странного ядерного вещества или же барионов, которые сами состоят из кварков». – считает Старкмен. Такая темная материя укладывается в Стандартную модель.

Ученые установили граничные условия для макросов, которые могли бы отвечать за избыток массы во Вселенной. Макросы должны состоять из обычных и странных кварков или из барионов, включающих кварки до странного аромата, и должны иметь температуру не менее 3,5 трлн градусов, что сравнимо с температурой в центре взрыва сверхновой. Минимальная масса макросов – 55 граммов, иначе они были бы обнаружены космическими детекторами. Максимальная масса – 1024 г. Более крупные объекты отражали бы достаточно света, чтобы их можно было различить в телескопы. Диапазон от 1017 до 1020 г также должен быть исключен, поскольку макросы выдали бы себя эффектом гравитационного линзирования.

Ссылка: phys.org

Обсудить