Джош Фриман возглавляет проект Dark Energy Survey и работает старшим научным сотрудником в Fermilab. В своей лекции он утверждает: только 4% Вселенной состоит из обычной материи, а остальные 96% приходятся на невидимые субстанции — тёмную материю и тёмную энергию .
🌌 Масштабы и возраст видимой Вселенной 4:02
Вселенная существует 13,8 млрд лет . Учёные определили этот возраст по древнейшим звёздам, таким как шаровое скопление Омега Центавра, и по реликтовому излучению . Расстояние до самых далёких наблюдаемых объектов составляет около 30 млрд световых лет .
Космос содержит миллиарды галактик. Ближайшие соседи Млечного Пути — Большое и Малое Магеллановы Облака — видны невооружённым глазом в Южном полушарии . Типичная галактика имеет диаметр около 60 000 световых лет и совершает полный оборот за 200 млн лет . Галактики объединяются в пары, группы и гигантские скопления .
🕵️ Открытие тёмной материи 10:29
Фриц Цвикки обнаружил первые признаки скрытой массы в 1930-х годах при изучении скопления Кома . Он заметил, что галактики движутся со скоростью 1000 км/с. Этой скорости достаточно, чтобы покинуть скопление, но гравитация удерживает их вместе . Цвикки предположил: скопления заполнены тёмной материей, которая не излучает свет, но обладает огромной массой .
В 1970-х годах Вера Рубин подтвердила эти выводы на примере отдельных галактик . Она измерила скорость вращения звёзд в галактике M33. Ожидалось, что на окраинах скорость падает, но график остался плоским . Это доказало: видимые звёзды — лишь малая часть массы, погружённая в массивное гало тёмной материи .
Современные исследования используют гравитационное линзирование для поиска этой массы . Массивные объекты искривляют пространство-время, превращая изображения фоновых галактик в дуги или кольца . Анализ этих искажений позволяет строить карты распределения материи, которую невозможно увидеть напрямую .
🧪 Природа тёмной материи и её поиск 20:09
Тёмная материя не состоит из атомов, протонов или нейтронов . Основной кандидат на роль её частиц — WIMP (слабовзаимодействующие массивные частицы) . Их масса может в 10–100 раз превышать массу протона. Учёные ищут их тремя способами:
- Детекторы глубоко под землёй фиксируют редкие столкновения WIMP с ядрами обычных атомов .
- Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе пытается искусственно создать такие частицы при столкновении протонов .
- Космический гамма-телескоп Fermi ищет следы аннигиляции частиц тёмной материи в центрах галактик .
🎈 Расширение Вселенной и тёмная энергия 25:13
Эдвин Хаббл доказал в 1920-х годах, что Вселенная расширяется . Галактика на расстоянии 100 млн световых лет удаляется от нас со скоростью 2000 км/с . В прошлом Вселенная была горячее и плотнее. Реликтовое излучение (микроволновый фон) — это «снимок» космоса в возрасте 380 000 лет .
В 1990-х годах две группы астрономов изучали сверхновые типа 1a . Эти объекты служат «стандартными свечами», так как имеют одинаковую светимость при взрыве . Наблюдения показали: далёкие сверхновые на 25% тусклее, чем предсказывала модель замедляющегося расширения . Вселенная расширяется с ускорением.
Причиной ускорения считают тёмную энергию — субстанцию с антигравитационными свойствами . Она составляет 70% плотности Вселенной. По одной из гипотез, это энергия самого вакуума . Согласно квантовой механике, пустое пространство обладает энергией из-за принципа неопределенности Гейзенберга .
📷 Проект Dark Energy Survey (DES) 50:28
Для изучения тёмной энергии международная коллаборация построила камеру DECam разрешением 570 мегапикселей . Её установили на 4-метровый телескоп Бланко в Чили . Камера охлаждается до низких температур для минимизации шумов при съёмке крайне тусклых объектов .
Проект DES решает четыре задачи:
- Подсчёт количества скоплений галактик в разные эпохи .
- Измерение слабого гравитационного линзирования 200 млн галактик .
- Картирование крупномасштабной структуры («космической паутины») .
- Поиск и измерение тысяч новых сверхновых .
За первые сезоны работы учёные DES обнаружили 17 новых карликовых галактик-спутников Млечного Пути . Эти системы содержат очень мало звёзд, но богаты тёмной материей, что делает их идеальными лабораториями для поиска сигналов аннигиляции WIMP .
🔭 Дополнительные открытия и прогнозы
Данные DES помогают изучать Солнечную систему. Учёные отслеживают транснептуновые объекты — ледяные тела за орбитой Нептуна . Область поиска DES совпадает с предполагаемой орбитой Девятой планеты, чьё существование предсказали по возмущениям орбит мелких тел .
Коллаборация также ищет оптические сигналы от событий, зафиксированных детектором гравитационных волн LIGO . При слиянии нейтронных звёзд должен возникать видимый свет, который DECam может зафиксировать .
Будущее Вселенной зависит от свойств тёмной энергии. Если это неизменная плотность вакуума, то через 100 млрд лет все галактики за пределами Местной группы уйдут за горизонт событий . Мы перестанем видеть расширение космоса. В альтернативном сценарии («Большой разрыв») плотность тёмной энергии растёт, что со временем приведет к распаду атомов и уничтожению самой материи .
