Ну не кумедно це? Ми поки не знаємо, з чого зроблена темна матерія, однак здогадуємося, навіщо вона потрібна.

Ця субстанція – гравітаційний каркас, який не дає розсипатися світобудови. Але це не єдина її функція – адже темна матерія буває різною! І в різний час вона по-різному впливає на матерію звичайну! Наприклад, після Великого вибуху вона вела себе зовсім не так, як зараз.

Про те, що в наших знаннях про навколишній світ є серйозний пробіл, вчені здогадалися приблизно 70 років тому. Тоді з'ясувалося, що багато крупних об'єктів у Всесвіті (типу галактик) мають гравітацію набагато більшу, ніж та, якої вони повинні мати з точки зору теорії. А джерело цієї маси назвали темною матерією – темної від того, що ми ніяк не можемо зафіксувати її безпосередньо.

Проте темна матерія з'явилася аж ніяк не в минулому столітті, а набагато раніше: судячи з усього, після, а то й під час Великого вибуху.

Це грандіозна подія, з якого почалося життя Всесвіту, відбулося близько 13,5 мільярдів років тому. Словом, сталося це так давно, що астрономи з інституту обчислювальної космології (Institute for Computational Cosmology) при університеті Дарема (Durham University) – Том Тьюнс (Tom Theuns) і Лян Гао (Liang Gao) – не змогли на ньому присутнім особисто.

Вгорі – модель розподілу теплої темної матерії, внизу – холодною. Тепла темна матерія забезпечує існування великих волокон, холодна – більш дрібних фрагментів, які повинні будуть «скомковаться» в майбутні зірки (ілюстрація Liang Gao, Tom Theuns).

Трохи засмутившись через це, вчені вирішили відтворити той самий «феєрверк» за допомогою наймогутнішої комп'ютерної техніки. І, найголовніше, у своїй моделі вони вирішили врахувати поведінка не тільки звичайної, але і темної матерії. Причому вони забажали дослідити відразу два різновиди темної матерії: холодну і теплу.

Відповідно до моделі, свежевзорвавшаяся Всесвіт спочатку була відносно рівномірної – за винятком невеликих коливань щільності в різних напрямках – такою собі вселенської брижів. Поступово ця брижі початку укрупнюватися, як кажуть Тьюнс і Гао – через дію гравітації на частинки темної матерії.

Фрагменти тривимірної комп'ютерної моделі різних частин одного з волокон. Зліва квітами показано розподіл температур від низької (темний) до гарячої (світлий). Праворуч продемонстровано зміна щільності волокна від малої (синій) до високої (помаранчевий) (ілюстрація Liang Gao, Tom Theuns).

Згодом це призвело до формування перших зірок приблизно через 100 мільйонів років після Великого вибуху (зауважимо відразу, що можливість Великого бумудослідники не допускали). А щоб зрозуміти механізм цього процесу, вчені умовно розділили темну матерію на холодну і теплу.

Комп'ютерна модель космологів показала, що частина темної матерії – так звана холодна – рухалася відносно повільно. З часом вона вплинула на формування окремих ізольованих об'єктів – зірок.

Тепла темна матерія, навпаки, розліталася з великою швидкістю і була пов'язана з великими масами речовин – цілими об'єднаннями зірок. Однак ті давні «конструкції» не мали нічого спільного з сучасними зоряними скупченнями – вони представляли собою величезні структури у вигляді волокон, які складаються як з «простий», так і з темної матерії.

Модель показала, що кожне таке волокно розтягувалося приблизно на 9 тисяч світлових років. Вони були трохи холодніше навколишнього їхнього середовища. Баріонна (чи то пак звичайна, «нетемная») маса таких волокон, за оцінками, дорівнювала приблизно 10 мільйонам Сонць.

Волокна перебували у вкрай нестабільному стані і швидко поділялися на фрагменти під дією гравітації холодної темної матерії. З цих шматків незабаром почалося формування зірок самих різних «калібрів» – їх маси коливалися від звичайних зоряних мас до декількох тисяч сонячних! Це, до речі, в деякій мірі відповідає концепції про важкою ранніх зірок.

З тієї теорії, ранні зірки були короткоживучими об'єктами, проте Тьюнс і Гао кажуть, що ті давні об'єкти збереглися й донині. Не виключено навіть (знову-таки, на думку експериментаторів), що є такі зірочки-бабусі і в рідному Чумацькому шляху.

Ось тільки формувалися вони не так, як будуються теперішні зірки.

Зараз цей процес починається з стиснення молекулярного хмари, що перетворюється в протозірку, яка потім еволюціонує певним чином – в залежності від різних умов. Тоді ж, в давнину, це часто відбувалося інакше: щільність речовини у волокні була досить високою, і зіткнення об'єктів всередині нього були неминучими. Зокрема, зірки субсолнечних мас зливалися між собою, даючи початок більшим світилам.

Об'єкти, що народилися в результаті цього, згідно Тьюнсу і Гао, володіли малим вмістом металів. Так ось, дослідники говорять, що зараз в нашій Галактиці "мешкають" зірки, які характеризуються саме таким складом. Отже, і виникли вони з матеріалу найдавніших протозвезд.

Вчені вважають, що стиснення холодної темної матерії всередині волокон могло приводити не тільки до об'єднання речовини в зірки, але і до його концентрації в більш масивні «грудки». А цим згусткам дорога одна – в чорні діри. Власне, дослідники впевнені в тому, що якраз у той час з-за цього і сформувалися ргігантські чорні діри, які тепер сидять в центрах багатьох нинішніх галактик.

У ту епоху домінувала тепла темна матерія, яка і забезпечувала існування скупчень речовини у вигляді волокон. З часом вони почали потроху «розсмоктуватися», що якимось чином підтверджує інша модель – тривимірна карта темної матерії.

Наостанок нагадаємо, що вчені поки не змогли заманити темну матерію ні в який капкан. Природно, і помацати її поки нікому не довелося: ні нобелівському лауреату, ні Шнобелівської неясно, з яких елементарних часток складається ця загадкова сутність. Тим не менш, відомо – наука вже має в своєму розпорядженні переконливі докази того, що таємнича субстанція дійсно існує на світі.

А ще виявилося, що процес зореутворення в той час супроводжувався інтенсивним випромінюванням в різних діапазонах, яке яскраво підсвічувало космічні волокна зсередини. Мабуть, тоді Всесвіт виглядала просто приголомшливо. Втім, і зараз вона виглядає непогано – ви вже нам повірте!

За матеріалами: MEMBRANA

Tweet

РОЗРОБКА ВЕБ-САЙТІВ, ПРОСУВАННЯ В ІНТЕРНЕТІ