Приямвада Натараджан - Карта Вселенной [Главные идеи, которые объясняют устройство космоса]

MOND не в силах повторить все впечатляющие успехи, которыми отметилась теория холодной темной материи. Ключевой ее недостаток состоит в том, что она не является действительно всеобъемлющей теорией подобно теориям Ньютона и Эйнштейна; при этом она не выдвигает каких-либо базовых физических оснований для предполагаемого изменения гравитации, ее цель лишь в том, чтобы соответствовать эмпирическим данным. Также малоправдоподобным остается шанс на более глубокую базовую поддержку теории, которая дала бы нам изменение гравитации, предполагаемое MOND. Если бы такая теория существовала, она должна была бы объяснить все существующие наблюдения, все функции темной материи — формирование структуры Вселенной, расширение Вселенной и отклонение света — и создать новые доступные для проверки предположения для замещения гипотезы о темной материи.

Когда речь заходит о любой новой теории, которой предстоит заменить старую, эта теория должна объяснять все существующие данные и выдвигать дополнительные прогнозы, которые мы можем подтвердить с помощью наблюдений. Чтобы две конкурирующие теории могли всерьез соперничать друг с другом, они должны обосновывать существующие данные и генерировать доказуемые прогнозы. Поэтому, хотя MOND пока еще не является по-настоящему жизнеспособной альтернативной теорией, в ней можно увидеть окошко для альтернативной теории гравитации. MOND предоставляет действующее и активное поле для исследований, хотя над ее проверкой работает лишь горстка астрономов и есть небольшое число теоретиков, которые пытаются усовершенствовать формулы. Несмотря на вышесказанное, можно ждать очень горячих споров на тему MOND против холодной темной материи. Теория холодной темной материи имеет огромный потенциал, но есть и пробелы — случаи, когда она не до конца соответствует наблюдениям. Некоторые шероховатости между этой теорией и эмпирикой можно заметить в примере, когда барионы (обычные атомы) сталкиваются вблизи частиц темной материи, как, например, в самых удаленных районах галактик. В центре галактик, где звезды теснятся друг к другу и барионы превышают количество частиц темной материи, модель холодной темной материи не в состоянии корректно обосновать наблюдаемые свойства [18]. Разделение функций темной материи и обычных атомов в таких перенаселенных космических уголках стало вызовом и для наблюдателей, и для численного моделирования.

Выходит, вся Вселенная кишит темной материей, космической паутиной с четкой нитевидной структурой, которая пронизывает межгалактическое пространство. Сегодня у нас есть точные карты темной материи, полученные на основании наблюдений гравитационного линзирования. Самые последние карты, характеризующиеся высокой надежностью, созданные моей исследовательской группой на базе данных о линзировании в скоплении, предоставленных проектом Frontier Fields, выявили наличие объекта, который представляет собой кольцо из темной материи вокруг крохотных галактик-карликов внутри скоплений, расположенных на расстоянии в 5 млрд световых лет от нас. Отклонение света позволило нам измерить количество темной материи, связанной с самыми маленькими кластерными галактиками во Вселенной. И, судя по всему, темная материя существует во Вселенной в разных масштабах. Все же стоит спросить, действительно ли природа гравитации не меняется на космических расстояниях и почему это происходит. Продуктивнее всего было бы, конечно, найти гипотетическую частицу темной материи — недостающее тело на месте преступления. Если говорить о рассматриваемых вариантах, мы изучили целый диапазон — от обычной материи в виде планет, тусклых звезд и черных дыр до экзотических частиц. Специалисты по космологии упоминают всю совокупность вариантов обычной материи как массивные компактные объекты гало (MACHOs). Сейчас теория говорит нам, что если бы темная материя не отличалась от обычных атомов и частиц, то тогда всей имеющейся материи было бы все же недостаточно. Мы можем рассчитать, сколько обычных атомов было создано при Большом взрыве, и наблюдения за оставшимся излучением подтверждают это число. Если взглянуть на сумму массы во Вселенной, становится понятно, что нам нужна своего рода экзочастица, созданная на ранних этапах развития Вселенной, которая отличается от обычной материи и отвечает за всю предполагаемую темную материю. Конечно, такие частицы по определению было бы трудно отследить, так как они достаточно пассивны и едва ли взаимодействуют с обычной материей. Такие слабовзаимодействующие массивные частицы (получившие от космологов наименование WIMPs) с легкостью пройдут прямо сквозь ваше тело. В настоящее время проводятся многочисленные эксперименты с целью непосредственного обнаружения частиц темной материи — WIMP, — которые блуждают неподалеку от Земли, однако пока эта загадочная вездесущая частица ускользает от ученых.