Գիտնականների հաշվարկները ցույց են տվել, որ Տիեզերքի 95%-ը բաղկացած է մարդկանց կողմից դեռևս չուսումնասիրված նյութից. 70%-ը մութ էներգիա է, իսկ 25%-ը՝ մութ մատերիա։ Ենթադրվում է, որ առաջինը ներկայացնում է ոչ զրոյական էներգիայով որոշակի դաշտ, սակայն երկրորդը բաղկացած է մասնիկներից, որոնք կարելի է հայտնաբերել և ուսումնասիրել։
Բայց իզուր չէ, որ այս նյութը կոչվում է թաքնված զանգված. դրա որոնումը բավականին երկար է տևում և ուղեկցվում է ֆիզիկոսների բուռն քննարկումներով: Իր հետազոտությունները հանրությանը հասցնելու համար CERN-ը նույնիսկ նախաձեռնել է Dark Matter Day, որն առաջին անգամ նշվում է այսօր՝ հոկտեմբերի 31-ին։
Մութ նյութի գոյության կողմնակիցները ներկայացնում են բավականին համոզիչ փաստարկներ՝ հաստատված փորձարարական փաստերով։ Դրա ճանաչումը սկսվել է 20-րդ դարի երեսունականներին, երբ շվեյցարացի աստղագետ Ֆրից Ցվիկին չափել է այն արագությունները, որոնցով Կոմա կլաստերի գալակտիկաները շարժվում են ընդհանուր կենտրոնի շուրջ։ Ինչպես գիտեք, շարժման արագությունը կախված է զանգվածից։ Գիտնականի հաշվարկները ցույց են տվել, որ գալակտիկաների իրական զանգվածը պետք է շատ ավելի մեծ լինի, քան այն որոշվում է աստղադիտակների միջոցով դիտումների ժամանակ։ Պարզվեց, որ գալակտիկաների բավականին մեծ մասը մեզ համար պարզապես տեսանելի չէր։ Հետեւաբար, այն բաղկացած է նյութից, որը չի արտացոլում կամ կլանում լույսը։
Թաքնված զանգվածի գոյության երկրորդ հաստատումը լույսի փոփոխությունն է, երբ այն անցնում է գալակտիկաների միջով: Բանն այն է, որ զանգված ունեցող ցանկացած առարկա աղավաղում է լույսի ճառագայթների ուղղագիծ ուղին։ Այսպիսով, մութ մատերիան իր փոփոխությունները կկատարի լուսային նկարում (հեռավոր օբյեկտի պատկեր), և այն կտարբերվի այն նկարից, որը կստեղծվեր միայն տեսանելի նյութի կողմից։ Մութ նյութի գոյության տասը ապացույց կա, բայց այս երկուսն են հիմնականը։
© 2012 The Authors Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2012 RAS
Գալակտիկաների կլաստերի լուսանկար։ Գծերը ցույց են տալիս մութ նյութի «ուրվագիծը»:
Չնայած մութ նյութի գոյության ապացույցները բավականին համոզիչ են, սակայն ոչ ոք դեռ չի գտել կամ ուսումնասիրել այն կազմող մասնիկները։ Ֆիզիկոսները ենթադրում են, որ այս գաղտնիությունը պայմանավորված է երկու պատճառով. Առաջինն այն է, որ այս մասնիկները չափազանց մեծ զանգված ունեն (էներգիայի հետ կապված E=mc² բանաձևի միջոցով), ուստի ժամանակակից արագացուցիչների հնարավորությունները պարզապես բավարար չեն նման մասնիկ «ծնելու» համար։ Երկրորդ պատճառը մութ նյութի ի հայտ գալու շատ ցածր հավանականությունն է։ Միգուցե մենք չենք կարող գտնել այն հենց այն պատճառով, որ այն չափազանց թույլ է փոխազդում մարդու մարմնի և մեզ հայտնի մասնիկների հետ: Թեև մութ մատերիան ամենուր է (ըստ հաշվարկների) և նրա մասնիկները բառացիորեն ամեն վայրկյան հոսում են մեր միջով, մենք դա պարզապես չենք զգում։
Մութ նյութի մասնիկները հայտնաբերելու համար գիտնականներն օգտագործում են դետեկտորներ, որոնք տեղակայված են գետնի տակ՝ նվազագույնի հասցնելու անհարկի միջամտությունը: Ենթադրվում է, որ երբեմն մութ նյութի մասնիկները դեռևս բախվում են ատոմային միջուկներին, փոխանցում նրանց իմպուլսի մի մասը, նոկաուտի ենթարկում էլեկտրոնները և առաջացնում լույսի բռնկում։ Նման բախումների հաճախականությունը կախված է միջուկի հետ մութ նյութի մասնիկների փոխազդեցության հավանականությունից, դրանց կոնցենտրացիայից և հարաբերական արագությունից (հաշվի առնելով Երկրի շարժումը Արեգակի շուրջը)։ Սակայն փորձարարական խմբերը, նույնիսկ եթե նրանք հայտնաբերում են որոշակի ազդեցություն, հերքում են, որ մութ նյութը առաջացրել է դետեկտորի այս արձագանքը: Եվ միայն իտալական DAMA փորձարարական խումբը, որն աշխատում է Գրան Սասոյի ստորգետնյա լաբորատորիայում, հաղորդում է ազդանշանների հաշվման արագության տարեկան տատանումներ, որոնք ենթադրաբար կապված են Երկրի շարժման հետ գալակտիկական թաքնված զանգվածի միջով:
Մութ նյութի հայտնաբերման դետեկտոր
Այս փորձի ժամանակ դետեկտորի ներսում լույսի բռնկումների քանակն ու էներգիան չափվում է մի քանի տարիների ընթացքում: Հետազոտողները ապացուցել են թույլ (մոտ 2%) տարեկան տատանումների առկայությունը նման իրադարձությունների հաշվառման տեմպերում:
Չնայած իտալական խումբը վստահորեն պաշտպանում է փորձերի հուսալիությունը, գիտնականների կարծիքներն այս հարցում բավականին երկիմաստ են: Իտալական խմբի ստացած արդյունքների հիմնական թույլ կողմը նրանց յուրահատկությունն է։ Օրինակ, երբ հայտնաբերվեցին գրավիտացիոն ալիքները, դրանք հայտնաբերվեցին ամբողջ աշխարհի լաբորատորիաների կողմից՝ դրանով իսկ հաստատելով այլ խմբերի ստացած տվյալները: DAMA-ի դեպքում իրավիճակն այլ է. ոչ ոք աշխարհում չի կարող պարծենալ նույն արդյունքներով: Իհարկե, հնարավոր է, որ այս խումբն ունի ավելի հզոր դետեկտորներ կամ իր սեփական մեթոդները, սակայն փորձի այս յուրահատկությունը որոշ հետազոտողների մոտ կասկած է հարուցում դրա հուսալիության վերաբերյալ։
«Դեռևս անհնար է ճշգրիտ ասել, թե ինչի հետ են կապված Գրան Սասո լաբորատորիայում հավաքագրված տվյալները: Ամեն դեպքում, Իտալիայից մի խումբ դրական արդյունք է տվել, այլ ոչ թե ինչ-որ բանի հերքում, ինչն արդեն սենսացիա է: Հիմա հայտնաբերված ազդանշանները. պետք է փնտրել բացատրություն: Եվ սա մեծ խթան է տարբեր տեսությունների զարգացման համար, ներառյալ այն տեսությունները, որոնք նվիրված են թաքնված զանգվածի մոդելի ստեղծմանը: Բայց նույնիսկ եթե գիտնականը փորձի բացատրել, թե ինչու ստացված տվյալները ոչ մի կերպ չեն առնչվում դեպի մութ նյութ, սա դեռ կարող է դառնալ բնությունը հասկանալու նոր քայլ: Ամեն դեպքում, արդյունքն է, և մենք պետք է շարունակենք աշխատանքը: Բայց այս պահին ես անձամբ չեմ կարող լիովին համաձայնել, որ մութ մատերիա է հայտնաբերվել», - մեկնաբանում է Կոնստանտինը: Բելոցկին, NRNU MEPhI-ի տարրական մասնիկների ֆիզիկայի ամբիոնի առաջատար հետազոտող:
Մութ նյութը լույս չի արձակում կամ կլանում, գործնականում չի փոխազդում «սովորական» նյութի հետ, գիտնականներին դեռ չի հաջողվել բռնել ոչ մի «մութ» մասնիկ։ Բայց առանց դրա Տիեզերքը, որը մենք գիտենք, և նույնիսկ ինքներս մեզ, չէր կարող գոյություն ունենալ: Մութ նյութի օրը, որը նշվում է հոկտեմբերի 31-ին (ֆիզիկոսները որոշել են, որ սա ճիշտ ժամանակն է տոն կազմակերպելու՝ ի պատիվ մութ ու խուսափողական նյութի), N+1Լեբեդևի Ֆիզիկական ինստիտուտի Աստղատիեզերական կենտրոնի տեսական աստղաֆիզիկայի ամբիոնի վարիչ Անդրեյ Դորոշկևիչին հարցրեց, թե ինչ է մութ մատերիան և ինչու է այն այդքան կարևոր:
N+1. Որքանո՞վ են այսօր գիտնականները վստահ, որ մութ մատերիան իսկապես գոյություն ունի:
Անդրեյ Դորոշկևիչ.Հիմնական ապացույցը տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթման տատանումների դիտարկումներն են, այսինքն՝ արդյունքները, որոնք ստացվել են WMAP-ի և «» տիեզերանավի կողմից վերջին 15 տարիների ընթացքում։
Նրանք մեծ ճշգրտությամբ չափել են տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի ջերմաստիճանի խանգարումը, այսինքն՝ տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթումը։ Այս խանգարումները պահպանվել են ռեկոմբինացիայի դարաշրջանից, երբ իոնացված ջրածինը վերածվեց չեզոք ատոմների։
Այս չափումները ցույց տվեցին տատանումների առկայություն, շատ փոքր՝ մոտ մեկ տասնհազարերորդական կելվինի: Բայց երբ նրանք սկսեցին համեմատել այս տվյալները տեսական մոդելների հետ, նրանք հայտնաբերեցին կարևոր տարբերություններ, որոնք այլ կերպ չեն կարող բացատրվել, բացառությամբ մութ նյութի առկայության: Դրա շնորհիվ նրանք կարողացան մեկ տոկոս ճշգրտությամբ հաշվարկել Տիեզերքում մութ և սովորական նյութի մասնաբաժինները։
Նյութի բաշխումը Տիեզերքում (ձախից աջ) Պլանկի աստղադիտակի տվյալների հայտնվելուց առաջ և հետո
Գիտնականները բազմաթիվ փորձեր են կատարել՝ ազատվելու անտեսանելի և աննկատ մութ նյութից՝ ստեղծելով մոդիֆիկացված գրավիտացիայի տեսություններ, ինչպիսին է MOND-ը, որոնք փորձում են բացատրել դիտարկվող ազդեցությունները։ Ինչու՞ են նախընտրելի մութ նյութի մոդելները:
Իրավիճակը շատ պարզ է. ձգողականության ժամանակակից Էյնշտեյնյան տեսությունը լավ է աշխատում երկրային մասշտաբներով, արբանյակները թռչում են այս տեսությանը խիստ համապատասխան: Եվ դա շատ լավ է աշխատում տիեզերաբանական մասշտաբներով: Եվ բոլոր ժամանակակից մոդելները, որոնք փոխում են ձգողականությունը, չեն կարող ամեն ինչ բացատրել։ Նրանք Նյուտոնի օրենքում ներմուծում են նոր հաստատուններ, որոնք օգնում են բացատրել մութ նյութի ազդեցությունը գալակտիկաների մակարդակում, բայց բաց են թողնում տիեզերական մասշտաբի նշանը:
Կարո՞ղ է այստեղ օգնել գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերումը: Միգուցե դա կօգնի հրաժարվել որոշ տեսություններից:
Այն, ինչ այժմ չափել են գրավիտացիոն ալիքները, հսկայական տեխնիկական, ոչ թե գիտական հաջողություն է: Նրանց գոյության մասին հայտնի էր 40 տարի առաջ, երբ հայտնաբերվեց կրկնակի պուլսարի գրավիտացիոն ճառագայթումը (անուղղակիորեն): Գրավիտացիոն ալիքների դիտարկումները ևս մեկ անգամ հաստատեցին սև խոռոչների առկայությունը, թեև նախկինում չէինք կասկածում, բայց հիմա քիչ թե շատ ուղղակի ապացույցներ ունենք։
Էֆեկտի ձևը, ուժից կախված գրավիտացիոն ալիքների փոփոխությունները, կարող են մեզ շատ օգտակար տեղեկատվություն տալ, բայց մենք պետք է սպասենք ևս հինգից տասը տարի, մինչև որ ունենանք բավականաչափ տվյալներ՝ ձգողականության տեսությունները ճշգրտելու համար:
Ինչպես են գիտնականները իմացել մութ նյութի մասին
Մութ մատերիայի պատմությունը սկսվել է 1933 թվականին, երբ աստղագետ Ֆրից Ցվիկին ուսումնասիրել է գալակտիկաների արագության բաշխումը մի կլաստերի մեջ, որը գտնվում է Coma Berenices համաստեղությունում։ Նա հայտնաբերեց, որ կլաստերի գալակտիկաները շատ արագ են շարժվում, և եթե միայն տեսանելի նյութը հաշվի առնվեր, ապա կուտակումը չէր կարող կայուն լինել. գալակտիկաները պարզապես կցրվեին տարբեր ուղղություններով:
1933 թվականի փետրվարի 16-ին հրապարակված մի հոդվածում Ցվիկին առաջարկեց, որ նրանք միասին պահվում են անտեսանելի գրավիտացիոն նյութով՝ Դանկլ Մատերիով:
Քիչ անց այլ աստղագետներ հաստատեցին գալակտիկաների «տեսանելի» զանգվածի և դրանց շարժման պարամետրերի միջև անհամապատասխանությունը։
1958 թվականին խորհրդային աստղաֆիզիկոս Վիկտոր Համբարձումյանն առաջարկեց իր լուծումը Ցվիկի պարադոքսի համար։ Նրա կարծիքով՝ գալակտիկաների կուտակումները չեն պարունակում որևէ անտեսանելի նյութ, որը կպահեր դրանք գրավիտացիոն ճանապարհով։ Մենք պարզապես դիտում ենք կլաստերներ քայքայման գործընթացում։ Այնուամենայնիվ, աստղագետների մեծամասնությունը չընդունեց այս բացատրությունը, քանի որ այս դեպքում կլաստերների կյանքի տևողությունը կկազմի ոչ ավելի, քան մեկ միլիարդ տարի, և հաշվի առնելով, որ Տիեզերքի կյանքի տևողությունը տասն անգամ ավելի է, մինչ այսօր պարզապես կուտակումներ չեն մնա:
Մութ նյութի ընդհանուր ընդունված ըմբռնումն այն է, որ այն բաղկացած է WIMP-ներից՝ զանգվածային մասնիկներից, որոնք քիչ փոխազդեցություն ունեն սովորական նյութի մասնիկների հետ: Ի՞նչ կարող եք ասել նրանց հատկությունների մասին:
Նրանք ունեն բավականին մեծ զանգված, և դա գրեթե բոլորն է, մենք նույնիսկ չենք կարող ճշգրիտ զանգվածը անվանել: Նրանք երկար տարածություններ են անցնում առանց բախումների, բայց դրանցում խտության խանգարումները չեն մարում նույնիսկ համեմատաբար փոքր մասշտաբներով, և սա միակ բանն է, որ այսօր մեզ անհրաժեշտ է մոդելների համար:
CMB-ը մեզ տալիս է մութ նյութի բնութագրերը մեծ մասշտաբներով, գալակտիկաների կլաստերների մասշտաբով: Բայց փոքր գալակտիկաների մասշտաբով «իջնելու» համար մենք ստիպված ենք տեսական մոդելներ օգտագործել։
Փոքր գալակտիկաների գոյությունն ինքնին հուշում է, որ նույնիսկ համեմատաբար փոքր մասշտաբների վրա եղել են անկանոնություններ, որոնք առաջացել են Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո: Նման անհամասեռությունները կարող են մարել և հարթվել, բայց մենք հաստատ գիտենք, որ դրանք չեն մարում փոքր գալակտիկաների մասշտաբով։ Սա հուշում է, որ մութ նյութի այս մասնիկները պետք է այնպիսի հատկություններ ունենան, որ այդ խանգարումները պահպանվեն:
Ճի՞շտ է ասել, որ աստղերը կարող են առաջանալ միայն մութ նյութի պատճառով:
Իրականում ոչ: Առանց մութ նյութի, գալակտիկաները չեն կարող ձևավորվել, իսկ աստղերը չեն կարող գոյանալ գալակտիկաներից դուրս: Ի տարբերություն մութ նյութի, բարիոնները միշտ տաք են և փոխազդում են տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթման հետ: Հետևաբար, նրանք չեն կարող ինքնուրույն հավաքվել աստղերի մեջ, աստղային զանգվածի բարիոնների ձգողականությունը չի կարող հաղթահարել նրանց ճնշումը:
Մութ նյութի մասնիկները գործում են որպես անտեսանելի ցեմենտ, որը բարիոններին քաշում է գալակտիկաների մեջ, իսկ հետո նրանց մեջ սկսվում է աստղերի ձևավորման գործընթացը։ Մութ նյութը վեց անգամ ավելի շատ է, քան բարիոնները, այն «առաջնորդում է», իսկ բարիոնները միայն հետևում են դրան:
Քսենոնային մութ նյութի մասնիկների դետեկտոր XENON1T
Xenon100 համագործակցություն
Մեր շուրջը շա՞տ մութ նյութ կա:
Դա ամենուր է, հարցն այն է, թե որքան կա։ Ենթադրվում է, որ մեր Գալակտիկայում մութ նյութի զանգվածը 10 տոկոսից մի փոքր պակաս է:
Բայց արդեն Գալակտիկայի շրջակայքում կա ավելի շատ մութ նյութ, մենք կարող ենք տեսնել ներկայության նշաններ ինչպես մեր, այնպես էլ աստղային այլ համակարգերի շուրջ: Իհարկե, մենք դա տեսնում ենք բարիոնների շնորհիվ, դիտում ենք նրանց և հասկանում, որ նրանք այնտեղ «կպչում են» միայն մութ նյութի առկայության պատճառով։
Ինչպես են գիտնականները փնտրում մութ նյութ
1980-ականների վերջից ֆիզիկոսները փորձեր են անցկացնում գետնի խորքում գտնվող օբյեկտներում՝ փորձելով ֆիքսել մութ նյութի առանձին մասնիկների բախումները: Վերջին 15 տարիների ընթացքում այս փորձերի կոլեկտիվ զգայունությունը երկրաչափականորեն աճել է՝ ամեն տարի միջինը կրկնապատկվելով: Երկու խոշոր համագործակցություններ՝ XENON-ը և PandaX-II-ը, վերջերս գործարկել են նոր, նույնիսկ ավելի զգայուն դետեկտորներ:
Նրանցից առաջինը կառուցել է աշխարհի ամենամեծ մութ նյութի դետեկտորը՝ XENON1T-ը: Այն օգտագործում է հեղուկ քսենոնից պատրաստված 2000 կիլոգրամանոց թիրախ, որը տեղադրված է 10 մետր բարձրությամբ ջրի բաքում։ Այս ամենը գտնվում է գետնի տակ՝ 1,4 կիլոմետր խորության վրա՝ Գրան Սասո ազգային լաբորատորիայում (Իտալիա): PandaX-II ինստալացիան թաղված է 2,4 կիլոմետր խորության վրա Չինաստանի Սիչուան նահանգում և պարունակում է 584 կիլոգրամ հեղուկ քսենոն։
Երկու փորձերն էլ օգտագործում են քսենոն, քանի որ այն չափազանց իներտ է, որն օգնում է ցածր աղմուկի մակարդակը պահել: Բացի այդ, քսենոնի ատոմների միջուկները համեմատաբար ծանր են (պարունակում են միջինը 131 նուկլոն մեկ միջուկում), ինչը «ավելի մեծ» թիրախ է ապահովում մութ նյութի մասնիկների համար։ Եթե այս մասնիկներից մեկը բախվի քսենոնի ատոմի միջուկին, այն կառաջացնի թույլ, բայց ընկալելի լույսի բռնկում (ցինտիլացիա) և էլեկտրական լիցքի ձևավորում։ Նույնիսկ փոքր թվով նման իրադարձությունների դիտարկումը կարող է մեզ կարևոր հուշումներ տալ մութ նյութի էության մասին:
Մինչ այժմ ոչ այս, ոչ էլ որևէ այլ փորձ չի կարողացել հայտնաբերել մութ նյութի մասնիկները, բայց այս լռությունը կարող է օգտագործվել մութ նյութի մասնիկների սովորական նյութի մասնիկների հետ բախման հավանականության վերին սահման սահմանելու համար:
Կարո՞ղ են մութ նյութի մասնիկները սովորական նյութի մասնիկների նման կուտակումներ ձևավորել:
Նրանք կարող են, բայց ամբողջ հարցն այն է, թե ինչ խտություն: Աստղաֆիզիկայի տեսակետից գալակտիկաները խիտ օբյեկտներ են, որոնց խտությունը մեկ խորանարդ սանտիմետրում մեկ պրոտոնի կարգի է, իսկ աստղերը խիտ օբյեկտներ են, որոնց խտությունը մեկ խորանարդ սանտիմետրում գրամի կարգի է։ Բայց նրանց միջև կա 24 կարգի մեծության տարբերություն։ Սովորաբար, մութ նյութի ամպերն ունեն «գալակտիկական» խտություն։
Շատ մարդիկ հնարավորություն ունե՞ն փնտրելու մութ նյութի մասնիկներ:
Նրանք փորձում են ֆիքսել մութ նյութի առանձին մասնիկների փոխազդեցությունը սովորական նյութի ատոմների հետ, ինչպես դա անում են նեյտրինոների դեպքում։ Բայց նրանց բռնելը շատ դժվար է, և փաստ չէ, որ դա նույնիսկ հնարավոր է։
CERN-ի CAST (CERN Axion Solar Telescope) աստղադիտակը փնտրում է հիպոթետիկ մասնիկներ՝ աքսիոններ, որոնք կարող են կազմել մութ մատերիա:
Թերևս մութ նյութը հիմնականում բաղկացած է, այսպես կոչված, «հայելային» մասնիկներից, որոնք, սկզբունքորեն, կարելի է դիտարկել միայն իրենց ձգողականությամբ: Երկրորդ «հայելային» Տիեզերքի վարկածն առաջարկվել է կես դար առաջ, սա իրականության մի տեսակ կրկնապատկում է։
Մենք միայն իրական դիտարկումներ ունենք տիեզերագիտությունից։
Զրուցեց Սերգեյ Կուզնեցովը
ՄՈՍԿՎԱ, 31 հոկտեմբերի - ՌԻԱ Նովոստի, Օլգա Կոլենցովա.Գիտնականների հաշվարկները ցույց են տվել, որ Տիեզերքի 95%-ը բաղկացած է մարդկանց կողմից դեռևս չուսումնասիրված նյութից. 70%-ը մութ էներգիա է, իսկ 25%-ը՝ մութ մատերիա։ Ենթադրվում է, որ առաջինը ներկայացնում է ոչ զրոյական էներգիայով որոշակի դաշտ, սակայն երկրորդը բաղկացած է մասնիկներից, որոնք կարելի է հայտնաբերել և ուսումնասիրել։ Բայց իզուր չէ, որ այս նյութը կոչվում է թաքնված զանգված. դրա որոնումը բավականին երկար է տևում և ուղեկցվում է ֆիզիկոսների բուռն քննարկումներով: Իր հետազոտությունները հանրությանը հասցնելու համար CERN-ը նույնիսկ նախաձեռնել է Dark Matter Day, որն առաջին անգամ նշվում է այսօր՝ հոկտեմբերի 31-ին։
Մութ նյութի գոյության կողմնակիցները ներկայացնում են բավականին համոզիչ փաստարկներ՝ հաստատված փորձարարական փաստերով։ Դրա ճանաչումը սկսվել է 20-րդ դարի երեսունականներին, երբ շվեյցարացի աստղագետ Ֆրից Ցվիկին չափել է այն արագությունները, որոնցով Կոմա կլաստերի գալակտիկաները շարժվում են ընդհանուր կենտրոնի շուրջ։ Ինչպես գիտեք, շարժման արագությունը կախված է զանգվածից։ Գիտնականի հաշվարկները ցույց են տվել, որ գալակտիկաների իրական զանգվածը պետք է շատ ավելի մեծ լինի, քան այն որոշվում է աստղադիտակների միջոցով դիտումների ժամանակ։ Պարզվեց, որ գալակտիկաների բավականին մեծ մասը մեզ համար պարզապես տեսանելի չէր։ Հետեւաբար, այն բաղկացած է նյութից, որը չի արտացոլում կամ կլանում լույսը։
Թաքնված զանգվածի գոյության երկրորդ հաստատումը լույսի փոփոխությունն է, երբ այն անցնում է գալակտիկաների միջով: Բանն այն է, որ զանգված ունեցող ցանկացած առարկա աղավաղում է լույսի ճառագայթների ուղղագիծ ուղին։ Այսպիսով, մութ մատերիան իր փոփոխությունները կկատարի լուսային նկարում (հեռավոր օբյեկտի պատկեր), և այն կտարբերվի այն նկարից, որը կստեղծվեր միայն տեսանելի նյութի կողմից։ Մութ նյութի գոյության տասը ապացույց կա, բայց այս երկուսն են հիմնականը։
© 2012 The Authors Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2012 RAS
© 2012 The Authors Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2012 RAS
Չնայած մութ նյութի գոյության ապացույցները բավականին համոզիչ են, սակայն ոչ ոք դեռ չի գտել կամ ուսումնասիրել այն կազմող մասնիկները։ Ֆիզիկոսները ենթադրում են, որ այս գաղտնիությունը պայմանավորված է երկու պատճառով. Առաջինն այն է, որ այս մասնիկները չափազանց մեծ զանգված ունեն (էներգիայի հետ կապված E=mc² բանաձևի միջոցով), ուստի ժամանակակից արագացուցիչների հնարավորությունները պարզապես բավարար չեն նման մասնիկի «ծննդի» համար։ Երկրորդ պատճառը մութ նյութի ի հայտ գալու շատ ցածր հավանականությունն է։ Միգուցե մենք չենք կարող գտնել այն հենց այն պատճառով, որ այն չափազանց թույլ է փոխազդում մարդու մարմնի և մեզ հայտնի մասնիկների հետ: Թեև մութ մատերիան ամենուր է (ըստ հաշվարկների) և նրա մասնիկները բառացիորեն ամեն վայրկյան հոսում են մեր միջով, մենք դա պարզապես չենք զգում։
Մութ նյութի մասնիկները հայտնաբերելու համար գիտնականներն օգտագործում են դետեկտորներ, որոնք տեղակայված են գետնի տակ՝ նվազագույնի հասցնելու անհարկի միջամտությունը: Ենթադրվում է, որ երբեմն մութ նյութի մասնիկները դեռևս բախվում են ատոմային միջուկներին, փոխանցում նրանց իմպուլսի մի մասը, նոկաուտի ենթարկում էլեկտրոնները և առաջացնում լույսի բռնկում։ Նման բախումների հաճախականությունը կախված է միջուկի հետ մութ նյութի մասնիկների փոխազդեցության հավանականությունից, դրանց կոնցենտրացիայից և հարաբերական արագությունից (հաշվի առնելով Երկրի շարժումը Արեգակի շուրջը)։ Սակայն փորձարարական խմբերը, նույնիսկ եթե նրանք հայտնաբերում են որոշակի ազդեցություն, հերքում են, որ մութ նյութը առաջացրել է դետեկտորի այս արձագանքը: Եվ միայն իտալական DAMA փորձարարական խումբը, որն աշխատում է Գրան Սասոյի ստորգետնյա լաբորատորիայում, հաղորդում է ազդանշանների հաշվման արագության տարեկան տատանումներ, որոնք ենթադրաբար կապված են Երկրի շարժման հետ գալակտիկական թաքնված զանգվածի միջով:
© Լուսանկարը` SuperCMDS Համագործակցություն
Այս փորձի ժամանակ դետեկտորի ներսում լույսի բռնկումների քանակն ու էներգիան չափվում է մի քանի տարիների ընթացքում: Հետազոտողները ապացուցել են թույլ (մոտ 2%) տարեկան տատանումների առկայությունը նման իրադարձությունների հաշվառման տեմպերում:
Չնայած իտալական խումբը վստահորեն պաշտպանում է փորձերի հուսալիությունը, գիտնականների կարծիքներն այս հարցում բավականին երկիմաստ են: Իտալական խմբի ստացած արդյունքների հիմնական թույլ կողմը դրանց չկրկնելիությունն է։ Օրինակ, երբ հայտնաբերվեցին գրավիտացիոն ալիքները, դրանք հայտնաբերվեցին ամբողջ աշխարհի լաբորատորիաների կողմից՝ դրանով իսկ հաստատելով այլ խմբերի ստացած տվյալները: DAMA-ի դեպքում իրավիճակն այլ է. ոչ ոք աշխարհում չի կարող պարծենալ նույն արդյունքներով: Իհարկե, հնարավոր է, որ այս խումբն ունի ավելի հզոր դետեկտորներ կամ իր սեփական մեթոդները, սակայն փորձի այս յուրահատկությունը որոշ հետազոտողների մոտ կասկած է հարուցում դրա հուսալիության վերաբերյալ։
«Դեռևս անհնար է ճշգրիտ ասել, թե ինչի հետ են կապված Գրան Սասո լաբորատորիայում հավաքագրված տվյալները: Ամեն դեպքում, Իտալիայից մի խումբ դրական արդյունք է տվել, այլ ոչ թե ինչ-որ բանի հերքում, ինչն արդեն սենսացիա է: Հիմա հայտնաբերված ազդանշանները. պետք է փնտրել բացատրություն: Եվ սա մեծ խթան է տարբեր տեսությունների զարգացման համար, ներառյալ այն տեսությունները, որոնք նվիրված են թաքնված զանգվածի մոդելի ստեղծմանը: Բայց նույնիսկ եթե գիտնականը փորձի բացատրել, թե ինչու ստացված տվյալները ոչ մի կերպ չեն առնչվում դեպի մութ նյութ, սա դեռ կարող է դառնալ բնությունը հասկանալու նոր քայլ: Ամեն դեպքում, արդյունքն է, և մենք պետք է շարունակենք աշխատանքը: Բայց այս պահին ես անձամբ չեմ կարող լիովին համաձայնել, որ մութ մատերիա է հայտնաբերվել», - մեկնաբանում է Կոնստանտինը: Բելոցկին, ազգային հետազոտական միջուկային համալսարանի MEPhI տարրական մասնիկների ֆիզիկայի ամբիոնի առաջատար հետազոտող:
Ֆիզիկայի տեսական կառուցվածքը, որը կոչվում է Ստանդարտ մոդել, նկարագրում է գիտությանը հայտնի բոլոր տարրական մասնիկների փոխազդեցությունները: Բայց սա Տիեզերքում գոյություն ունեցող նյութի ընդամենը 5%-ն է, մնացած 95%-ը լրիվ անհայտ է: Ի՞նչ է այս հիպոթետիկ մութ նյութը և ինչպե՞ս են գիտնականները փորձում բացահայտել այն: Այս մասին հատուկ նախագծի շրջանակներում պատմում է MIPT-ի ուսանող, ֆիզիկայի և աստղաֆիզիկայի ամբիոնի աշխատակից Հայկ Հակոբյանը։
Տարրական մասնիկների ստանդարտ մոդելը, որը վերջնականապես հաստատվել է Հիգսի բոզոնի հայտնաբերումից հետո, նկարագրում է մեզ հայտնի սովորական մասնիկների՝ լեպտոնների, քվարկների և ուժային կրիչների (բոզոններ և գլյուոններ) հիմնարար փոխազդեցությունները (էլեկտրական թույլ և ուժեղ): Այնուամենայնիվ, պարզվում է, որ այս ամբողջ հսկայական բարդ տեսությունը նկարագրում է ամբողջ նյութի միայն մոտ 5-6%-ը, մինչդեռ մնացածը չի տեղավորվում այս մոդելի մեջ: Մեր Տիեզերքի ամենավաղ պահերի դիտարկումները մեզ ցույց են տալիս, որ մեզ շրջապատող նյութի մոտավորապես 95%-ը բոլորովին անհայտ է: Այսինքն՝ մենք անուղղակիորեն տեսնում ենք այս թաքնված նյութի առկայությունը նրա գրավիտացիոն ազդեցության պատճառով, բայց դեռ չենք կարողացել ուղղակիորեն գրավել այն։ Այս թաքնված զանգվածային երևույթը կոչվում է «մութ մատերիա»:
Ժամանակակից գիտությունը, հատկապես տիեզերագիտությունը, աշխատում է Շերլոկ Հոլմսի դեդուկտիվ մեթոդով
Այժմ WISP խմբի հիմնական թեկնածուն աքսիոնն է, որն առաջանում է ուժեղ փոխազդեցության տեսության մեջ և ունի շատ փոքր զանգված։ Նման մասնիկը ունակ է վերածվել ֆոտոն-ֆոտոն զույգի բարձր մագնիսական դաշտերում, ինչը հուշում է, թե ինչպես կարելի է փորձել հայտնաբերել այն: ADMX-ի փորձարկումն օգտագործում է մեծ խցիկներ, որոնք ստեղծում են 80,000 գաուսի մագնիսական դաշտ (դա 100,000 անգամ գերազանցում է Երկրի մագնիսական դաշտը): Տեսականորեն, նման դաշտը պետք է խթանի աքսիոնի քայքայումը ֆոտոն-ֆոտոն զույգի, որը դետեկտորները պետք է բռնեն: Չնայած բազմաթիվ փորձերին, դեռևս հնարավոր չի եղել հայտնաբերել WIMP-ներ, աքսիոններ կամ ստերիլ նեյտրինոներ:
Այսպիսով, մենք ճանապարհորդել ենք հսկայական թվով տարբեր վարկածների միջով՝ փորձելով բացատրել թաքնված զանգվածի տարօրինակ ներկայությունը, և, մերժելով բոլոր անհնարինությունները դիտարկումների օգնությամբ, հասել ենք մի քանի հնարավոր վարկածների, որոնց հետ մենք արդեն կարող ենք աշխատել։
Գիտության մեջ բացասական արդյունքը նույնպես արդյունք է, քանի որ այն սահմանափակում է մասնիկների տարբեր պարամետրերը, օրինակ՝ վերացնում է հնարավոր զանգվածների տիրույթը։ Տարեցտարի արագացուցիչներում ավելի ու ավելի շատ նոր դիտարկումներ և փորձեր են ապահովում մութ նյութի մասնիկների զանգվածի և այլ պարամետրերի նոր, ավելի խիստ սահմանափակումներ: Այսպիսով, դուրս նետելով բոլոր անհնարին տարբերակները և նեղացնելով որոնումների շրջանակը, մենք օրեցօր ավելի ենք մոտենում հասկանալու, թե ինչից է բաղկացած մեր Տիեզերքի նյութի 95%-ը։
