Солнечная система может быть намного более волосистой, чем мы думали. На иллюстрации показана Земля, окруженная теоретическими нитями темной материи, называемыми «волосами».
Темная материя – это невидимое, загадочное вещество, которое составляет около 27 процентов всей материи и энергии во Вселенной. Обычная материя, из которой состоит все, что мы видим вокруг себя, составляет всего 5 процентов Вселенной. Остальное – темная энергия, странное явление, связанное с ускорением нашей расширяющейся Вселенной.
Данные о волосистой темной материи основаны на исследовании Гэри Презо из Лаборатории реактивного движения НАСА.
Ни темная материя, ни темная энергия никогда не были обнаружены напрямую, хотя многие эксперименты пытаются раскрыть тайны темной материи, будь то из глубоких подземелий или в космосе.
Основываясь на многочисленных наблюдениях за его гравитационным притяжением в действии, ученые уверены, что темная материя существует, и измерили ее количество во Вселенной с точностью около одного процента. Ведущая теория гласит, что темная материя «холодная», то есть она мало перемещается, и она «темная», поскольку не производит свет и не взаимодействует со светом.
Галактики, которые содержат звезды, состоящие из обычной материи, образуются из-за колебаний плотности темной материи. Гравитация действует как клей, который скрепляет в галактиках обычную и темную материю.
Согласно расчетам, сделанным в 1990-х годах, и моделированию, выполненному в последнее десятилетие, темная материя образует «мелкозернистые потоки» частиц, которые движутся с той же скоростью и вращаются по орбите галактик, таких как наша.
«Поток может быть намного больше, чем сама Солнечная система, и есть много разных потоков, пересекающих наши галактические окрестности», – сказал Презо.
Презо сравнивает образование мелкозернистых потоков темного вещества со смешиванием шоколада и ванильного мороженого. Поверните ложку каждого вместе несколько раз, и вы получите смешанный узор, но вы все равно сможете увидеть отдельные цвета.
«Когда гравитация взаимодействует с холодным газом темной материи во время формирования галактики, все частицы в потоке продолжают двигаться с той же скоростью», – сказал Презо.
Но что происходит, когда один из этих потоков приближается к такой планете, как Земля? Чтобы выяснить это, Презо использовал компьютерное моделирование.
Его анализ показывает, что когда поток темной материи проходит через планету, частицы потока фокусируются в сверхплотной нити или «волосе» темной материи. На самом деле, таких волос должно быть много, вырастающих из Земли.
Поток обычной материи не пройдет через Землю и не выйдет с другой стороны. Но с точки зрения темной материи Земля не помеха. Согласно моделированию Презо, гравитация Земли могла бы сфокусировать и изогнуть поток частиц темной материи в узкие густые волосы.
Волосы, появляющиеся с планет, имеют как «корни», самую плотную концентрацию частиц темной материи в волосах, так и «кончики», где волосы заканчиваются. Когда частицы потока темной материи проходят через ядро Земли, они фокусируются в «корне» волоса, где плотность частиц примерно в миллиард раз больше средней. Корень такого волоса должен находиться на расстоянии около1 миллиона километров от поверхности, или вдвое дальше Луны. Частицы потока, которые касаются поверхности Земли, образуют кончик волос, примерно в два раза дальше от Земли, чем корень волоса.
«Если бы мы могли точно определить местонахождение корня этих волосков, мы потенциально могли бы послать туда зонд и получить массу данных о темной материи», – считает Презо.
Поток, проходящий через ядро Юпитера, приведет к еще более плотным корням: согласно моделированиям Презо, он почти в 1 триллион раз плотнее исходного потока.
«Темная материя ускользала от всех попыток прямого обнаружения более 30 лет. Корни волос темной материи были бы привлекательным местом для изучения, учитывая, насколько они плотны», – отметил Чарльз Лоуренс, главный научный сотрудник в управлении астрономии, физики и технологий в JPL.
Еще одно интересное открытие этого компьютерного моделирования состоит в том, что изменения плотности внутри нашей планеты – от внутреннего ядра к внешнему, от мантии до коры – будут отражаться в волосах. Волосы будут иметь «изгибы», соответствующие переходам между различными слоями Земли.
Теоретически, если бы можно было получить эту информацию, ученые могли бы использовать волоски холодной темной материи, чтобы нанести на карту слои любого планетарного тела и даже сделать выводы о глубинах океанов на ледяных лунах.
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить эти открытия и раскрыть тайны природы темной материи.
