Но сама природа темной материи остается недоступной для исследования, хотя на сей счет существует ряд гипотез. Самая популярная модель говорит о том, что она состоит из весьма тяжелых и малоподвижных субатомных частиц — эта версия известна под названием «холодной темной материи». Другая — гипотеза «теплой темной материи», напротив, подразумевает существование очень быстрых и легких частиц. Если это так, то их быстрое движение вызывает «размазывание» небольших и крайне плотных сгустков материи, которые иначе могли бы существовать в центре крупных галактик, в том числе и Млечного пути. Последние исследования говорят о том, что таких сгустков и вправду нет.
Теплая темная материя: Против холодной
Компьютерное моделирование показывает, что таинственная темная материя может состоять из очень быстрых и очень легких частиц – вопреки широко распространенной теории. Находка может объяснить удивительно чистый химический состав некоторых звезд Млечного пути и удивительно большую массу гигантской черной дыры, лежащей в его центре.
Темная материя — весьма загадочная субстанция, наблюдать которую можно лишь по ее гравитационному влиянию на обычную материю. Существование ее до недавнего времени было предсказано только теоретически. И лишь в последние годы стали появляться достоверные экспериментальные свидетельства (читайте, например, «Темная история» или «Темное кольцо»).
Британские ученые Лиянг Гао (Liang Gao) и Том Теунс (Tom Theuns) провели опыты по компьютерному моделированию, в котором сравнивали поведение теплой и холодной темной материи в ранней Вселенной. Поначалу оба варианта развивались схожим образом, стягиваясь под действием гравитации в сеть нитей, пересекающих Вселенную.
Однако затем темная материя схлопывалась в пузырьки, причем в «теплой» модели быстрое движение частиц вызывало растягивание пузырьков с образованием новых, более тонких и плотных нитей, типичная из которых растягивалась до 10 тыс. световых лет в длину и имела массу аж в 10 млн. солнечных. Они притягивали к себе частицы обычной материи, помогая формированию звезд из водорода и гелия. Звезды образовывались достаточно случайных размеров — одни из них быстро сгорали, другие же могли бы существовать вплоть до наших дней.
В модели же с холодной темной материей все было совсем не так. Пузырьки оставались пузырьками, и в центре каждого из них формировались очень крупные, ярко сиявшие звезды, быстро сжигавшие запас гелия и водорода с образованием более тяжелых элементов. После этого они взрывались, наполняя вселенную этими производными, приводя к образованию следующего поколения звезд, состоящих уже из этих элементов. Согласно этой модели, к настоящему времени во Вселенной вообще не осталось бы звезд, построенных только из водорода и гелия.
Напомним, что за последние годы в Млечном пути обнаружен ряд небольших звезд, крайне бедных тяжелыми элементами и состоящих практически полностью из водорода и гелия. Это, с учетом проведенных Гао и Теунсом опытов по моделированию, говорит в пользу гипотезы теплой темной материи, с ее быстрыми и легкими субатомными частицами.
Нити теплой темной материи также объясняют некоторые моменты рождения черных дыр. Действительно, многие звезды, сформировавшиеся в ходе компьютерного моделирования из холодной темной материи, в итоге превратились в черные дыры. Однако дыры эти были лишь в несколько раз тяжелее Солнца. Образование сверхмассивных черных дыр, в миллиарды раз тяжелее, наподобие той, что лежит в центре Млечного пути, не наблюдалось.
С другой стороны, нити теплой темной материи в моделировании иногда коллапсировали, стягивая окружающие звезды, газо-пылевые облака и мелкие черные дыры достаточно близко друг к другу, чтобы те, сливаясь, образовали колоссальные черные дыры, которые и наблюдаются в современной Вселенной.
Кстати, не так давно прошло сообщение об обнаружении целой галактики темной материи: «Что есть там, где ничего нет», а еще одно скопление темной материи найдено вокруг кластера обычных галактик: «Галактическая толчея».
По сообщению The New Scientist Space