Как ни странно осознавать, но наблюдаемый нами мир – мы сами, Земля, звезды и далекие галактики – это лишь 4% от всей материи, существующей во Вселенной. Все, о чем мы знаем, сопоставимо со стандартной ошибкой измерения. Остальные 96% — загадочные темная энергия и темная материя — та часть реальности, о которой мы практически ничего не знаем.

Впервые о темной материи заговорили почти век назад. В 30-е годы прошлого столетия ученый Фриц Цвикки наблюдал скопление галактик в созвездии Волосы Вероники.

Измерение скоростей движения галактик должно было дать представление о массе этого скопления. Однако, вопреки ожиданию, наблюдения показали: скорости галактик скопления соответствуют в несколько раз большей массе скопления, чем видимая масса всех его членов. Скопление вело себя так, будто там присутствует нечто, что мы не видим, и этого нечто в несколько раз больше того, что мы видим.

В 70-е годы ученые решили изучить скорость звезд в самих галактиках. Поскольку гравитационно периферия галактики не связана с ее центром, скорость движения звезд должна была падать по мере удаления от центра. Однако их скорость на периферии оказалась даже выше. Это можно было объяснить только одним: масса с увеличением расстояния от центра не падает, как ожидалось, а, наоборот, увеличивается. А это означало присутствие некоей материи, которая заставляет галактики вращаться не как скопление частиц в газе, а как цельное тело, похожее на колесо.

Ученые долго пытались найти носителя обнаруженной загадочной массы. Сначала предположили, что это может быть пыль, но пыль поглощала бы свет звезд, а этого не происходило. Затем подумали, что это могут быть черные дыры, но они должны были влиять на соседние звезды, чего зафиксировано не было. Ученые пришли к выводу, что некое невидимое вещество окружает все звезды, все галактики, оно проникает всюду: темная материя есть даже вокруг нас.

Саму темную материю увидеть невозможно, но можно обнаружить ее присутствие при помощи гравитационного линзирования. Дело в том, что темная материя, как и любое массивное тело, изменяет своим гравитационным полем направление распространения электромагнитного излучения – по сути, действует как линза, меняющая направление светового луча.

Также о темной материи известно, что она распределена неравномерно: к примеру, может образовывать сгустки. Но она не излучает и не поглощает свет. Все это говорит о том, что она состоит из каких-то слабо взаимодействующих неизвестных нам частиц.

В конце 20-х годов прошлого века астроном Эдвин Хаббл выяснил, что чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Это означало, что Вселенная непрерывно расширяется. Однако только недавно выяснилось, что расширяется Вселенная неравномерно. На краю Вселенной галактики «улетают» быстрее. А это значит, Вселенная расширяется с ускорением. Силу, которая создает это ускорение, заставляя галактики разлетаться друг от друга, назвали темной энергией. Понимания, откуда она берется, у ученых пока нет.

По материалам лекции кандидата физ.-мат. наук, с.н.с. Лаборатории физики звезд К.Л. Масленникова «Темная материя и темная энергия».

Еще больше о тайнах Вселенной можно узнать на лекциях, которые проходят в Обсерватории. Следите за новостями!

«Настоящая наука гораздо более увлекательна, потому что она реальна. Фантасты никогда и не предполагали наличия черных дыр, пока об этом не задумались ученые», — писал известный исследователь феномена черных дыр Стивен Хокинг. Но что мы знаем о черных дырах? Их существование окружено мифами, а ученые открывают все новые и новые факты, опровергая вчерашние аксиомы. Что же известно на сегодняшний день о загадочных черных дырах?

Часто можно услышать, что черная дыра – это огромное плотное тело, которое притягивает к себе все окружающее вещество, в том числе и свет – именно поэтому она названа черной. Но на самом деле слухи о ее плотности сильно преувеличены. Чем больше черная дыра, тем ниже ее плотность у внешних границ. Например, черная дыра массой около миллиона Солнц у границ имеет плотность, равную плотности воды. А черная дыра массой в миллиард Солнц у границ имеет плотность ниже, чем у воздуха.

Границы черной дыры называются горизонтом событий. Но горизонт событий – не поверхность, как горизонт Земли. На «внешнем крае» черной дыры нет физической преграды или перепада давления. И если представить, что мы летим к черной дыре, в какой-то момент мы пересечем горизонт событий, но не заметим этого. Однако, повернуть обратно уже не сможем.

В центре черной дыры находится сингулярность – одна из главных загадок современной астрономии. Параметры сингулярности не совсем ясны, но, согласно формулам, это точка, в которой плотность равна бесконечности, а время останавливается.

Черная дыра – универсальный поглотитель: если в нее что-то попало, достать невозможно. Даже если в черную дыру отправить некий прибор, он не сможет передать информацию о том, что с ним происходит: из черной дыры ничего не выходит, в том числе и информация.

Впрочем, есть одно исключение – излучение Хокинга. Виртуальные частицы, рождающиеся вокруг черной дыры в общем-то из ничего (да, современная физика считает: такое возможно), порождают вполне реальное излучение. Это излучение забирает часть энергии у черной дыры. Такой процесс называется испарением черной дыры.

Вопреки расхожему мнению о невидимости черных дыр, их можно обнаружить даже с Земли. Первый способ – проследить за траекторией звезд. Во Вселенной есть участки, где звезды движутся по определенным орбитам, определяемым притяжением таящейся поблизости черной дыры. Второй способ – найти «светящуюся» черную дыру. Она притягивает к себе пыль и газ, которых очень много во Вселенной. Под воздействием тяготения эти частицы приобретают настолько большую скорость, практически световую, что в результате трения сами начинают излучать свет. Поскольку этот свет появился до того, как частицы были поглощены черной дырой, мы можем его увидеть.

В далеком космосе, за пределами нашей галактики, можно найти блазары и лацертиды – гигантские эллиптические галактики, в центре которых расположена сверхмассивная черная дыра.

Они настолько ярко светят, что с Земли видны как обычные звезды, хотя являются целыми галактиками, расположенными в миллиарды раз дальше звезд.

Если представить себе огромную черную дыру размером с нашу Вселенную, то ее плотность окажется близка к плотности вакуума. Возможно, мы живем внутри огромной черной дыры?

По материалам лекции кандидата физ.-мат. наук, с.н.с. Лаборатории физики звезд К.Л. Масленникова «Черные дыры, блазары и лацертиды».

Еще больше о черных дырах и тайнах Вселенной можно узнать на лекциях, которые проходят в обсерватории. Следите за новостями!