Темная материя и темная энергия: Зачем они нужны во Вселенной?⁠⁠

В современной науке существуют две загадочные субстанции, о которых все слышали, но которые до сих пор остаются тайной – темная материя и темная энергия. Они занимают более 95% всей Вселенной, но мы не можем увидеть их или напрямую зафиксировать с помощью наших приборов. Зачем же они нужны и как влияют на нашу Вселенную? Давайте разберемся.

Почему ученые считают, что темная материя существует?

Темная материя была впервые "замечена" в 1930-х годах, когда астроном Фриц Цвикки заметил странное поведение галактик в скоплении Кома. Их движения не соответствовали предсказаниям, основанным только на видимой массе звезд и газа. Цвикки предположил, что существует некая невидимая масса, которая добавляет гравитацию. Сегодня мы видим похожий эффект: галактики вращаются с такой скоростью, что они просто бы разлетелись, если бы удерживались только обычной материей. Это и есть одно из основных доказательств существования темной материи.

Свойства темной материи

Темная материя не испускает свет и не взаимодействует с электромагнитным излучением, поэтому мы не можем ее увидеть напрямую. Однако она взаимодействует с гравитацией, и именно по ее гравитационному воздействию ученые могут "увидеть" ее присутствие. В частности, темная материя участвует в процессе образования галактик и скоплений галактик, помогая им сохранять свою структуру и не разрушаться.

Пример: Если бы темной материи не было, галактики просто бы разлетелись из-за того, что их звезды движутся с огромной скоростью. Эта невидимая субстанция словно "склеивает" галактики и позволяет Вселенной сохранять свою структуру.

Темная энергия и ускоряющееся расширение Вселенной

Если темная материя работает как «клей», то темная энергия — как «раздвижение». В 1998 году ученые, изучая сверхновые, обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением. Это было полной неожиданностью, так как они ожидали, что расширение должно замедляться из-за гравитационного притяжения. Причина ускоренного расширения до конца не ясна, но за этим феноменом стоит некая сила, которую мы называем темной энергией.

Свойства темной энергии

Темная энергия действует на самых больших масштабах, ускоряя расширение Вселенной. Мы не знаем ее природу, но предполагаем, что она связана с «энергией вакуума» — пустого пространства, которое, возможно, обладает собственной энергией. Эта энергия отталкивает галактики друг от друга, и чем дальше они находятся, тем быстрее они разлетаются.

Как темная материя и темная энергия влияют на структуру Вселенной?

— Темная материя: обеспечивает галактикам и скоплениям необходимую массу для их удержания, формирует гравитационные «каркасы», на которых строится структура Вселенной. Без нее галактики бы не смогли существовать в таком виде, в каком мы их наблюдаем.

— Темная энергия: действует как антигравитация, "расталкивая" объекты на гигантских расстояниях. Она ответит за судьбу Вселенной: если темная энергия продолжит ускорять расширение, то Вселенная может прийти к «Большому разрыву», где все объекты будут бесконечно удаляться друг от друга.

Итоги

Темная материя и темная энергия — это загадочные субстанции, которые изменили наше представление о космосе. Хотя они невидимы и непонятны, их влияние на структуру и будущее Вселенной огромно. Ученые продолжают изучать их природу, проводя эксперименты в подземных лабораториях, на ускорителях и в космосе.

Полезные ссылки:

— Темная материя: загадка, изменившая астрономию

— Почему темная энергия заставляет Вселенную расширяться?