24.09.2007

Ученые разделили темную материю на холодную и теплую

Многие крупные объекты во Вселенной имеют гравитацию намного большую, чем та, которой они должны обладать с точки зрения теории. А источник этой массы назвали тёмной материей - тёмной оттого, что мы никак не можем зафиксировать её непосредственно. Тёмная материя появилась после или во время Большого взрыва. Это событие, с которого началась жизнь Вселенной, произошло около 13,5 миллиардов лет назад.

Астрономы из института вычислительной космологии при университете Дарема- Том Тьюнс и Лян Гао решили воссоздать Большой взрыв с помощью мощнейшей компьютерной техники. В своей модели они решили учесть поведение не только обычной, но и тёмной материи. Причём они условились исследовать сразу две разновидности тёмной материи: холодную и тёплую.

Согласно модели, Вселенная после взрыва была относительно равномерной - за исключением небольших колебаний плотности в разных направлениях. Постепенно эта рябь начала укрупняться, как говорят Тьюнс и Гао - из-за действия гравитации на частицы тёмной материи.

Со временем это привело к формированию первых звёзд примерно через 100 миллионов лет после Большого взрыва. А чтобы понять механизм этого процесса, учёные условно разделили тёмную материю на холодную и тёплую.

Компьютерная модель космологов показала, что часть тёмной материи - так называемая холодная - двигалась относительно медленно. Со временем она повлияла на формирование отдельных изолированных объектов - звёзд.

Тёплая тёмная материя, напротив, разлеталась с большой скоростью и была связана с большими массами веществ - целыми объединениями звёзд. Однако те древние "конструкции" не имели ничего общего с современными звёздными скоплениями - они представляли собой громадные структуры в виде волокон, состоящих как из "простой", так и из тёмной материи.

Модель показала, что каждое такое волокно растягивалось примерно на 9 тысяч световых лет. Они были несколько холоднее окружающей их среды. Барионная (то есть обычная, "нетёмная") масса таких волокон, по оценкам, была равна примерно 10 миллионам Солнц.

Волокна пребывали в крайне нестабильном состоянии и быстро разделялись на фрагменты под действием гравитации холодной тёмной материи. Из этих кусков вскоре началось формирование звёзд самых различных размеров - их массы колебались от обычных звёздных масс до нескольких тысяч солнечных. Это, кстати, в некоторой степени соответствует концепции о массивности ранних звёзд.

По той теории, ранние звёзды были короткоживущими объектами, однако Тьюнс и Гао говорят, что те древние объекты сохранились и поныне. Не исключено даже (по мнению экспериментаторов), что есть такие древние звезды и в Млечном пути. Однако формировались они не так, как строятся "современные" звёзды.

Сейчас этот процесс начинается со сжатия молекулярного облака, превращающегося в протозвёзду, которая потом эволюционирует определённым образом - в зависимости от разных условий. Тогда же, в древности, это часто происходило иначе: плотность вещества в волокне была довольно высокой, и столкновения объектов внутри него были неизбежными. В частности, звёзды субсолнечных масс сливались между собой, давая начало более крупным объектам.

Объекты, родившиеся в результате этого, согласно Тьюнсу и Гао, обладали малым содержание металлов. Так вот, исследователи говорят, что сейчас в нашей Галактике есть звёзды, характеризующиеся именно таким составом. Следовательно, и возникли они из материала древнейших протозвёзд.

Учёные полагают, что сжатие холодной тёмной материи внутри волокон могло приводить не только к объединению вещества в звёзды, но и к его концентрации в более массивные "комки". А эти сгустки впоследствии превращаются в чёрные дыры. Собственно, исследователи уверены в том, что как раз в то время из-за этого и сформировались гигантские чёрные дыры, которые теперь находятся в центрах многих нынешних галактик.

В ту эпоху доминировала тёплая тёмная материя, которая и обеспечивала существование скоплений вещества в виде волокон. Со временем они стали понемногу "рассасываться", что неким образом подтверждает другая модель - трёхмерная карта тёмной материи.

Однако до сих пор неясно, из каких элементарных частиц состоит эта загадочная сущность. Тем не менее, известно - наука уже располагает убедительными доказательствами того, что таинственная субстанция действительно существует.

Источники:

1. MEMBRANA