Подавляющее большинство массы в нашей Вселенной невидимо. И на протяжении уже довольно долгого времени физики пытаются понять, чем является эта неуловимая масса. Если она состоит из частиц, есть надежда, что Большой адронный коллайдер сможет произвести частицу темной материи или же космический телескоп увидит красноречивую гамма-лучевую сигнатуру столкновения частиц темной материи. Пока же ничего нет. И эта проблема заставляет физиков-теоретиков размышлять над новыми идеями.
В 2017 году известный физик-теоретик Лиза Рэндалл заглянула в одну из самых невероятных возможностей темной материи. Гипотетических, конечно. Вместо того чтобы рассматривать темную материю как частицу определенного типа, она допустила, что темная материя может состоять из целого семейства частиц, из которых создаются темные звезды, темные галактики, темные планеты и, возможно, темная жизнь. Химия темной вселенной могла бы быть такой же богатой и разнообразной, как наша собственная «обычная химия». Но не все так просто.
Проблема темной материи
Наша Вселенная — удивительное, хоть и непонятное место.
За последние несколько десятилетий мы пришли к осознанию того, что 84,5% вещества во Вселенной невозможно увидеть. Учитывая его довольно неуклюжее прозвище «темной материи», это вещество пребывает в состоянии, в котором оно не взаимодействует с «обычной» материей. Как и темная энергия, эти штуки «темные», потому что мы их не понимаем.
Если на моем столе сейчас лежит кусок темной материи, я об этом никогда не узнаю. Кусок темной материи вообще как таковой не может лежать на моем столе. Он провалится через стол, и пол, и земную кору, устремится в гравитационный колодец в ядре нашей планеты. Или же он улетучится в космос непостижимым образом. Темная материя настолько слабо взаимодействует с чем-либо, что этот кусок просто провалится через обычную материю, будто ее нет.
В небольших масштабах гравитационное проявление темной материи ничтожно, но на космологических расстояниях присутствие темной материи определенно ощущается — ее можно наблюдать косвенным образом по ее гравитационному воздействию на скопления галактик и ее влиянию на вращение галактик. Мы знаем, что она существует, просто не видим.
И мы не знаем, что это такое, можем только догадываться
Обычная материя — она же барионная материя — взаимодействует посредством электромагнитных, гравитационных, сильных и слабых сил. Эти силы передают энергию и наделяют всю материю структурой. Темная материя, с другой стороны, обычно рассматривается как аморфное облако «вещества», которое не может взаимодействовать посредством электромагнитных, слабых или сильных сил. Следовательно, предполагается, что темная материя «небарионная». Небарионная материя может выявить свое присутствие только гравитационно.
Ведущим кандидатом в поиске темной материи является WIMP, слабо взаимодействующая массивная частица. Как следует из названия вимпа, эта гипотетическая частица не взаимодействует с нормальной материей — поэтому она не барионная.