тёмное вещество

Материя, существование которой во Вселенной постулируется, но до сих пор не обнаружено. Аргументы в пользу существования темного вещества получаются прежде всего из наблюдений скоростей галактик внутри галактических скоплений. Если судить по динамическим свойствам таких скоплений, то можно сделать вывод, что масса скоплений приблизительно в десять раз больше массы их светящихся частей.

Распределение массы внутри отдельной галактики можно оценить по тому, как скорости вращения изменяются от центра к краям. Измерения скоростей для гигантских спиральных галактик показывают, что в этих галактиках имеется больше вещества, чем может содержаться в светящихся звездах и газе.

Присутствие темного вещества — важный постулат в тех теориях, которые пытаются объяснить, как на ранних этапах эволюции Вселенной происходило формирование галактик. Имеются два основных класса таких теорий — те, которые постулируют существование холодного темного вещества, и те, которые требуют существования горячего темного вещества.

Холодное темное вещество должно было бы принять форму экзотических элементарных частиц, которые слабо взаимодействуют с излучением и с барионами (нейтронами и протонами обычных атомов). На ранних этапах истории Вселенной, последовавших за Большим Взрывом, когда любые колебания в плотности нейтронов и протонов сглаживались бы их взаимодействием с излучением высокой плотности, такая материя могла бы начать "слипаться" в комки. Подобные сгущения могли бы выжить в течение некоторого времени в виде относительно мелкомасштабных структур, создавая каркас для формирования галактик. Затем под действием гравитации сформировались бы скопления и сверхскопления галактик.

Согласно альтернативной теории горячего темного вещества на том этапе существования Вселенной, когда вещество начинает доминировать над излучением, постулируется существование частиц с большими произвольными скоростями. На роль этих частиц могли бы претендовать нейтрино, если бы они имели маленькую, но конечную массу. В этом сценарии сначала формируются структуры самого большого масштаба, которые затем разделяются на скопления и галактики, что находится в прямом противоречии с выводами теории холодного темного вещества.

Компьютерное моделирование показывает, что холодное темное вещество не могло бы породить столько крупномасштабных структур, сколько их наблюдается в действительности, а горячее темное вещество должно было бы привести к появлению слишком большого количества полых и волокнистых структур. Поэтому в настоящее время нельзя определить, является ли хотя бы одна из этих теорий правильной.

Еще один довод в пользу наличия темного вещества появляется при сравнении общей массы галактик с массой, теоретически необходимой для существования замкнутой Вселенной. Наблюдаемое вещество составляет только около 2% от того, которое отвечало бы положениям космологии. На роль темного вещества имеются многочисленные кандидаты, среди которых массивные галактические гало, коричневые карлики, звезды с очень малой массой, нейтрино и WIMP.

См.: критическая плотность, недостающая масса.