Содержание
Темные Материи выставка-конвент
Купить билеты
Виртуальный квест
Тематика
Виртуальный квест
Фан-стенды
Стенды атрибутики и аксессуаров фильмов, литературных произведений, комиксов,
настольных и компьютерных игр
Конкурс косплея
ART lane
Конкурсы
Конкурс сказок
Конкурс сказок на «Темных Материях» или Конкурс имени братьев Гримм — это отличная возможность не только
проявить свой литературный талант, но и добавить немного артистизма и погрузить своих слушателей/читателей в
атмосферу волшебного прямо на конвенте, а мы вам в этом поможем.
В субботу, в первый день конвента, мы организуем вечер сказочных историй, где авторы могут сами зачитать
свои рассказы (или их читают ведущие) с приглушенным светом и фоновым треком (при желании автора, можно
подобрать определенный трек под произведение — но об этом нужно сообщить заранее, и при необходимости,
прислать трек). А историю победителя мы художественно представим на сцене во второй день конвента.
Конкурс косплей-сценок
У нас новый конкурс! Мы решились на эксперимент и, по многочисленным просьбам, объявляем в этом году
конкурс косплей-сценок.
#darkmattersfest #darkmatterscon
Длительность сценки: от 3 до 10 минут. Количество участников: 3-7 человек
Тема любая, подходящая нашему конвенту
Срок подачи заявок: с 14 октября 2022 по 13 декабря 2022 включительно
Конкурс стрипов (комиксов)
Зима — самое тёмное и опасное время года.
Чтобы пережить её, нужно не забывать обращаться к свету. К
чему-то красочному, доброму и яркому. Например, к сказке. Сказка — рекомендованная (но не обязательная) тема
конкурса стрипов этого года.
Программа «ТЕМНЫХ МАТЕРИЙ»
- Первый день
- Второй день
14 января
На экспозиции (2-й этаж)
12:00 – 19.00
Игротека от Hobby Games
Более 100 настольных игр на выбор. Презентации новинок игровой индустрии. Показательные игры и обучение
На экспозиции (2-й этаж)
12:00 – 19.
00
Кросс-стендовый квест
Главная сцена (3-й этаж)
13:00 – 13:30
Официальное открытие 1-го Дня. Анонс мероприятий на день.
Главная сцена (3-й этаж)
13:30 – 14:00
Косплей-сценки. Блок 1
Главная сцена (3-й этаж)
14:00 – 14:30
Косплей. Блок 1
Конференц-зал (3-й этаж)
14:00 – 15:00
«Дивный новый мир. (Немного счастья — на экране и в жизни / речь пойдет об
эмоциональных проблемах)»
Мария Вашкевич-Василевская
Стенд «Школа Крафта»
14:00 – 16:00
Мастер-класс для начинающих крафтеров
Главная сцена (3-й этаж)
14:55 – 15:00
Мастер-класс от студии танца «Небула»
Главная сцена (3-й этаж)
15:00 – 15:30
Косплей.
Блок 2
Конференц-зал (3-й этаж)
15:00 – 16:00
«Легендарные НРИ. Обзор вселенной «Мир тьмы». Особенности и разнообразие мира. С
чего начать изучение, советы для игроков и мастеров»
Виктор Соков
Главная сцена (3-й этаж)
15:30 – 15:55
Косплей-сценки. Блок 2
Главная сцена (3-й этаж)
15:55 – 16:00
Мастер-класс от студии танца «Небула»
Главная сцена (3-й этаж)
16:00 – 16:30
Косплей.
Блок 3
Конференц-зал (3-й этаж)
16:00 – 17:00
Зона 51: «Несколько косплей-кейсов: как это сделано и не только»
Vi (Arcane) — Jazz, Jinx (Arcane) — mrLokiOdinson и др
Главная сцена (3-й этаж)
16:30 – 17:00
Мастер-класс от студии танца «Небула»
Главная сцена (3-й этаж)
17:00 – 17:10
Кросс-стендовый квест: Розыгрыш подарков
Конференц-зал (3-й этаж)
17:00 – 18:30
«Как сделать косплей: как, чем и из чего» (часть 1)»
Preya Mcfly
Главная сцена (3-й этаж)
17:10 – 19:00
Конкурс сказок им.
Братьев Гримм
Главная сцена (3-й этаж)
19:00 – 19:10
Официальное закрытие 1-го Дня. Анонс программы 2-го Дня
15 января
На экспозиции (2-й этаж)
12:00 – 19.00
Игротека от Hobby Games
Презентации новинок игровой индустрии. Показательные игры и обучение
На экспозиции (2-й этаж)
12:00 – 16:50
Кросс-стендовый квест
Главная сцена (3-й этаж)
12:30 – 13:00
Официальное открытие 2-го Дня. Анонс мероприятий на день.
Конференц-зал (3-й этаж)
12:30 – 13:30
«Первый Шаг в YouTube. Как продвигать свой блог в гик-сфере»
Виктор Тарануха
Главная сцена (3-й этаж)
13:00 – 13:30
Косплей. Блок 4
Главная сцена (3-й этаж)
13:30 – 14:00
Косплей-сценки. Блок 3
Конференц-зал (3-й этаж)
13:30 – 15:00
«О сотворении миров и небесах авиаторов». Презентация книги, дискуссия»
Ксения Котова, Василий Зеленков
Главная сцена (3-й этаж)
14:00 – 14:30
Косплей.
Блок 5
Стенд «Школа Крафта»
14:00 – 16:00
Мастер-класс для продвинутых крафтеров
Главная сцена (3-й этаж)
14:30 – 14:50
Конкурс сказок им. Братьев Гримм
Главная сцена (3-й этаж)
14:50 – 15:00
Мастер-класс от студии танца «Нимфея»
Главная сцена (3-й этаж)
15:00 – 15:30
Косплей. Блок 6
Конференц-зал (3-й этаж)
15:00 – 16:00
«Постапокалипсис в НРИ.
Отличительные черты жанра, лучшие игры по данной тематике»
Виктор Соков
Конференц-зал (3-й этаж)
16:00 – 17:30
«Как сделать косплей: как, чем и из чего» (часть 2)»
Preya Mcfly
Главная сцена (3-й этаж)
16:50 – 17:00
Кросс-стендовый квест: Розыгрыш подарков
Главная сцена (3-й этаж)
17:00 – 17:30
Косплей. Внеконкурс
Главная сцена (3-й этаж)
17:30 – 19:00
Награждение участников конкурсных блоков и церемония официального закрытия Выставки
Фотогалерея
Партнеры
Партнер игротеки
Инфопартнер
Режим работы
14 – 15 января 2023 года
- 12:00 – 19:00
Где проходит
Дворец искусства, ул.
Козлова 3, г. Минск, Беларусь
Координаты GPS:
- 53.91022549956024
- 27.579728233966833
Обработка персональных данных
Наш сайт использует персональные данные и cookie–файлы для улучшения пользовательского опыта, сбора статистики и исполнения договора. Для получения более подробной информации ознакомьтесь с
Политикой конфиденциальности.
© 2022 ООО «ЭКСПОФЕСТ»
УНП 192765095
СТБ ISO 9001-2015
Политика конфиденциальности
9 ярких фактов о темной материи и ее поисках
Олег Ручайский из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) рассказал Политеху, как физики почти поймали загадочную темную материю.
1.
Темная материя — это понятие, появившееся в результате осмысления некоторых наблюдательных фактов.
Наблюдения показывают, что во Вселенной должно быть много вещества, которое не излучает и не поглощает свет. Его не видно в телескопы, но если мы сложим массы всех звезд и всего газа в какой-нибудь галактике или в скоплении галактик, то притяжения этой массы будет недостаточно. Чтобы удержаться вместе, они должны быть в десятки раз тяжелее, чем кажутся — как будто в них содержится какая-то скрытая масса! И такое можно видеть раз за разом, в самых разных галактиках и скоплениях. Отсюда и возникло представление о темной материи.
2. Проводить нужные наблюдения удается только в космосе, однако там темная материя доминирует над обычной.
Если бы мы не наблюдали космос, физика элементарных частиц была бы в целом завершенной. После обнаружения бозона Хиггса почти все явления, которые встречаются на Земле, описываются ею достаточно хорошо. Конечно, и здесь имеется некоторое количество темной материи — но у нас она очень разрежена, плотность энергии порядка 10-24 г/см3.
Во Вселенной в целом в среднем эта плотность еще на несколько порядков ниже. Но это потому, что темная материя образует скопления и сгустки — кластеризуется. Например, по мере движения к центру нашей галактики ее плотность будет заметно возрастать.
По современным представлениям, темной материи во Вселенной гораздо больше, чем обычной. На нее приходится около 22% общей энергии, а на звезды, газ и все остальное — не более 4%. Впрочем, львиную долю (74%) нашего мира занимает нечто еще менее понятное — о том, что же это такое, читайте в нашем материале «Темная сторона Вселенной».
3. До сих пор не удается в точности понять, чем является темная материя и какими еще свойствами она обладает.
Сегодня доказательств существования темной материи накопилось достаточно, и сам этот факт сомнения не вызывает. Но мы так и не знаем, из чего она состоит. Была версия о том, что это «иллюзия», возникающая из-за того что на очень больших, космологических расстояниях гравитация действует как-то иначе, не «по–эйнштейновски».
Еще долгое время предполагалось, что темная материя состоит из легких и быстрых нейтрино, которых во Вселенной очень много. Но эти гипотезы не нашли достаточной поддержки. Судя по всему, темная материя должна состоять из каких-то частиц, электрически нейтральных, имеющих массу, стабильных или хотя бы живущих очень долго. Но подходящих частиц пока не нашлось.
4. Существуют сотни теоретических моделей темной материи, и в качестве «кирпичиков» каждая предлагает свои частицы.
Пока мы можем оценить лишь полную энергию частиц темной материи. Но такая частица может быть сравнительно тяжелой и движущейся медленно («холодной»), либо же, наоборот, очень легкой, но способной иметь почти световую скорость («горячей»). Имеются даже модели, в рамках которых темная материя состоит из частиц разного рода, как обычное вещество — из протонов, нейтронов и электронов. Существуют такие теории, в которых эти частицы взаимодействуют друг с другом и образуют «темные атомы», между которыми возможны «темные реакции» и т.
п.
5. Стерильные нейтрино — одни из перспективных претендентов на роль частиц темной материи.
Еще с 2005 г. мы занимались одной из моделей темной материи, согласно которой она состоит из «стерильных нейтрино». Эти частицы очень похожи на обычные нейтрино, но более тяжелые и еще слабее взаимодействуют с обычным веществом. В теории, эти «стерильные нейтрино» — частицы многочисленные и долгоживущие. Среднее время их существования в миллионы раз превышает возраст Вселенной, но редкие из них все-таки распадаются. В результате появляется фотон и обычное нейтрино, которые уносят с собой по половине энергии покоя исходной частицы. Это позволяет распознать фотоны, рожденные в космосе при распаде «стерильных нейтрино».
6. Следы распада темной материи следует искать рентгеновскими космическими телескопами.
Теоретически, стерильные нейтрино — частицы очень легкие, масса их находится в пределах нескольких килоэлектронвольт. Поэтому фотоны, которые образовались при их распаде, несут не слишком много энергии и будут находиться в рентгеновской части спектра.
Атмосфера Земли почти не пропускает рентгеновское излучение, поэтому такие наблюдения ведутся с помощью космических обсерваторий. Сегодня на орбите работают несколько таких аппаратов — американский Chandra, европейский XMM-Newton и японский Suzaku. Доступ к данным, собранным этими спутниками, предоставляется всем желающим. Этим мы и воспользовались.
7. Сигнал распада темной материи обнаруживается у многих космических объектов.
Число рентгеновских фотонов будет зависеть от количества распадающейся темной материи. Поэтому можно взять, например, два объекта: если у одного со скрытой массой Х мы найдем столько-то нужных фотонов, то у второго, с массой, скажем, 10*Х, этих фотонов будет в 10 раз больше. В своей работе мы использовали наблюдения телескопа XMM-Newton. Первым объектом стал центр соседней крупной Галактики Андромеды, а вторым — намного более далекое и массивное скопление галактик в созвездии Персей. Отношение рентгеновских фотонов нужной энергии у них оказалось именно таким, как и предсказывала теория распада стерильных нейтрино.
Работа Олега Ручайского и его соавторов вышла почти одновременно с публикацией их коллег из Америки. Аналогичный сигнал те обнаружили, объединив результаты наблюдений за примерно 70 разными скоплениями галактик. То, что обе группы независимо друг от друга и на основе разных наборов данных нашли один и тот же сигнал, делает находку еще более многообещающей.
8. Сигнал распада частиц темной материи еще предстоит подтвердить.
Для полной надежности этого результата недостаточно. Поглощать и излучать в рентгене способны многие ионизированные атомы. Например, калий дает фотоны, по характеристикам очень близкие к нашим. Чтобы проверить этот вариант, в 2015–2016 гг. мы проведем дополнительные наблюдения с помощью XMM-Newton. На этот раз объектом станет карликовая галактика в Драконе. Ее массы недостаточно для того, чтобы иметь серьезные количества калия. Поэтому, если наш сигнал проявится и в этой «бескалийной» галактике, можно будет вполне уверенно сказать, что темную материю мы нашли.
9…И все равно главное останется неясным.
Если это все-таки действительно сигнал распада темной материи, то он позволит кое-что сказать о создавших его частицах. Например, их масса должна составлять около 7 эВ — примерно в 70 раз легче даже электрона. Но эти частицы — вовсе не обязательно те стерильные нейтрино, о которых мы говорили. Существуют и другие конкурирующие модели, которые предлагают собственные частицы с нужными характеристиками. Выяснить все это — большая работа на будущее.
Самый точный учет темной материи и темной энергии – Harvard Gazette
Астрофизики провели новый мощный анализ, который устанавливает самые точные ограничения на состав и эволюцию Вселенной. С этим анализом, получившим название Пантеон+, космологи оказались на распутье.
Пантеон+ убедительно обнаружил, что космос примерно на две трети состоит из темной энергии и на одну треть из материи — в основном в форме темной материи — и расширяется с ускорением в течение последних нескольких миллиардов лет.
Тем не менее, Pantheon + также закрепляет серьезные разногласия по поводу темпов этого расширения, которые еще предстоит решить.
Поставив господствующие современные космологические теории, известные как Стандартная модель космологии, на еще более прочную доказательную и статистическую основу, Пантеон+ еще больше закрывает дверь для альтернативных структур, учитывающих темную энергию и темную материю. Оба являются основой Стандартной модели космологии, но их еще предстоит обнаружить напрямую, и они входят в число самых больших загадок этой модели. Следуя результатам Pantheon+, исследователи теперь могут оттачивать объяснения мнимого космоса.
«Благодаря этим результатам Pantheon+ мы можем установить наиболее точные ограничения на динамику и историю Вселенной на сегодняшний день», — говорит Диллон Браут, научный сотрудник Эйнштейна в Центре астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт. «Мы прочесали данные и теперь можем с большей уверенностью, чем когда-либо прежде, сказать, как Вселенная развивалась на протяжении тысячелетий и что современные лучшие теории темной энергии и темной материи остаются верными».
Браут является ведущим автором серии статей, описывающих новый анализ Pantheon+, совместно опубликованных сегодня в специальном выпуске The Astrophysical Journal.
Pantheon+ основан на крупнейшем наборе данных в своем роде, включающем более 1500 звездных взрывов, называемых сверхновыми типа Ia. Эти яркие взрывы происходят, когда белые карлики — остатки звезд, подобных нашему Солнцу, — накапливают слишком много массы и подвергаются безудержной термоядерной реакции. Поскольку сверхновые типа Ia затмевают целые галактики, взрывы звезд можно наблюдать на расстоянии, превышающем 10 миллиардов световых лет, или через три четверти общего возраста Вселенной. Учитывая, что сверхновые сияют с почти одинаковой собственной яркостью, ученые могут использовать видимую яркость взрывов, которая уменьшается с расстоянием, наряду с измерениями красного смещения в качестве маркеров времени и пространства. Эта информация, в свою очередь, показывает, насколько быстро Вселенная расширяется в разные эпохи, и затем используется для проверки теорий о фундаментальных компонентах Вселенной.
Прорывное открытие в 1998 году ускоряющегося роста Вселенной было сделано благодаря такому изучению сверхновых типа Ia. Ученые приписывают расширение невидимой энергии, поэтому ее называют темной энергией, присущей самой ткани Вселенной. Последующие десятилетия работы продолжали собирать все большие наборы данных, обнаруживая сверхновые в еще более широком диапазоне пространства и времени, и теперь Pantheon + объединил их в наиболее статистически надежный анализ на сегодняшний день.
«Во многом этот последний анализ Pantheon+ является кульминацией более чем двух десятилетий усердных усилий наблюдателей и теоретиков всего мира по расшифровке сущности космоса», — говорит Адам Рисс, один из лауреатов Нобелевской премии 2011 года. по физике за открытие ускоряющегося расширения Вселенной и заслуженный профессор Блумберга в Университете Джона Хопкинса и Научном институте космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. Рисс также является выпускником Гарвардского университета и имеет докторскую степень.
в астрофизике.
Карьера Браута в области космологии восходит к его студенческим годам в JHU, где его обучал и консультировал Рисс. Там Браут работал с тогдашним аспирантом и советником Рисса Дэном Сколником, который сейчас является доцентом физики в Университете Дьюка и еще одним соавтором новой серии статей.
Несколько лет назад Сколник разработал оригинальный анализ Пантеона примерно 1000 сверхновых.
Теперь Браут и Сколник и их новая команда Pantheon+ добавили на 50 процентов больше точек данных о сверхновых в Pantheon+, в сочетании с улучшениями в методах анализа и устранением потенциальных источников ошибок, что в конечном итоге позволило вдвое повысить точность исходного Pantheon.
Принимая во внимание данные в целом, новый анализ показывает, что 66,2 процента Вселенной проявляется как темная энергия, а остальные 33,8 процента представляют собой комбинацию темной материи и материи. Чтобы прийти к еще более полному пониманию составных компонентов Вселенной в разные эпохи, Браут и его коллеги объединили Пантеон+ с другими убедительными, независимыми и взаимодополняющими измерениями крупномасштабной структуры Вселенной и с измерениями самого раннего света в вселенная, космический микроволновый фон.
Еще один ключевой результат Pantheon+ связан с одной из важнейших целей современной космологии: определить текущую скорость расширения Вселенной, известную как постоянная Хаббла. Объединение выборки Pantheon+ с данными коллаборации SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State) под руководством Рисса приводит к наиболее строгим локальным измерениям текущей скорости расширения Вселенной.
Pantheon+ и SH0ES вместе находят постоянную Хаббла 73,4 километра в секунду на мегапарсек с погрешностью всего 1,3 процента. Другими словами, согласно анализу, на каждый мегапарсек, или 3,26 миллиона световых лет, само пространство в соседней Вселенной расширяется со скоростью более 160 000 миль в час.
Однако наблюдения из совершенно другой эпохи истории Вселенной предсказывают другую историю. Измерения самого раннего света во Вселенной, космического микроволнового фона, в сочетании с текущей Стандартной космологической моделью, постоянно привязывают постоянную Хаббла со скоростью, которая значительно меньше, чем наблюдения, сделанные с помощью сверхновых типа Ia и других астрофизических маркеров.
Это значительное расхождение между двумя методологиями было названо напряжением Хаббла.
Новые наборы данных Pantheon+ и SH0ES усиливают напряжение Хаббла. На самом деле, напряженность уже преодолела важный порог в 5 сигм (около одного шанса на миллион возникновения из-за случайности), который физики используют, чтобы отличить возможные статистические случайности от чего-то, что должно быть соответственно понято. Достижение этого нового статистического уровня ставит перед теоретиками и астрофизиками задачу попытаться объяснить несоответствие постоянной Хаббла.
«Мы думали, что в нашем наборе данных можно будет найти ключи к новому решению этих проблем, но вместо этого мы обнаруживаем, что наши данные исключают многие из этих вариантов и что глубокие расхождения остаются такими же упрямыми, как никогда». — говорит Браут.
Результаты Pantheon+ могут помочь найти решение проблемы Хаббла. «Многие недавние теории начали указывать на экзотическую новую физику в очень ранней Вселенной, однако такие неподтвержденные теории должны выдерживать научный процесс, и напряженность Хаббла продолжает оставаться серьезной проблемой», — говорит Браут.
В целом, Pantheon+ предлагает ученым всесторонний обзор большей части космической истории. Самые ранние и самые далекие сверхновые в наборе данных сияют на расстоянии 10,7 миллиардов световых лет, то есть когда Вселенная была примерно в четверть своего нынешнего возраста. В ту раннюю эпоху темная материя и связанная с ней гравитация сдерживали скорость расширения Вселенной. Такое положение вещей резко изменилось в течение следующих нескольких миллиардов лет, поскольку влияние темной энергии преобладало над влиянием темной материи. С тех пор темная энергия разбрасывала содержимое космоса все дальше друг от друга и со все возрастающей скоростью.
«С помощью этого объединенного набора данных Pantheon+ мы получаем точное представление о Вселенной с момента, когда в ней доминировала темная материя, до того момента, когда во Вселенной доминировала темная энергия», — говорит Браут. «Этот набор данных — уникальная возможность увидеть, как темная энергия включается и управляет эволюцией космоса в самых грандиозных масштабах в настоящее время».
Изучение этого перехода сейчас с еще более убедительными статистическими данными, мы надеемся, приведет к новому пониманию загадочной природы темной энергии.
«Пантеон+ дает нам на сегодняшний день лучший шанс ограничить темную энергию, ее происхождение и эволюцию», — говорит Браут.
Связанные
Астрономы впервые увидели черную дыру, извергающую остатки звезд спустя годы после поглощения звезды
Реальна ли темная материя? — Scientific American
У звезд все еще есть секреты. мы знаем, почему они светятся, и мы знаем, почему они мерцают, но мы все еще не знаем, почему они движутся именно так, как они движутся. Проблема была с нами в течение большей части века. В 19В 30-е годы швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что некоторые галактики в скоплении из примерно 1000 галактик на удивление быстро летят вокруг своего общего центра масс. Даже с щедрыми оценками масс отдельных галактик их недостаточно, чтобы объяснить это движение. Цвикки устранил это несоответствие, предположив существование нового вида материи: «темной материи».
В 1970-х годах американский астроном Вера Рубин, умершая в 2016 году, наблюдала то же самое в одиночных галактиках. Скорости звезд, далеких от центра галактики, оставались примерно такими же, как и у более близких, когда астрономы ожидали, что они замедлятся из-за уменьшения гравитации в дальних уголках галактики. Опять же, одной видимой массы было недостаточно, чтобы объяснить наблюдения. Рубин пришел к выводу, что и в галактиках должна присутствовать темная материя.
С тех пор накопилось еще больше доказательств того, что мы что-то упускаем. Крошечные температурные флуктуации в космическом фоновом излучении, пронизывающем пространство, а также гравитационное искривление света вокруг галактик и галактических скоплений и формирование космической паутины крупномасштабной структуры по всему пространству, подтверждают, что обычная материя сама по себе не может объяснить происходящее. мы видим.
В течение многих десятилетий самой популярной гипотезой было то, что темная материя состоит из новых, до сих пор не обнаруженных частиц, которые не взаимодействуют со светом. Альтернативному объяснению, что у нас есть правильные частицы, но неправильные законы гравитации, уделялось мало внимания.
Тридцать лет назад эта позиция была оправдана. Идея о частицах темной материи получила распространение, потому что в то время у физиков были другие причины верить в существование новых частиц. Примерно в 1950-х и 1960-х годах физики поняли, что протоны, нейтроны и электроны, из которых состоят атомы, — не единственные частицы. В течение следующих десятилетий ускорители частиц начали выбрасывать новые частицы направо и налево; они составили Стандартную модель физики элементарных частиц и открыли перед теоретиками еще больше возможностей. Например, усилия по объединению фундаментальных сил природы в единую силу потребовали теоретического обоснования набора новых частиц и концепции суперсимметрии, разработанной в XIX в.70-х, предсказал зеркальную частицу для каждой известной частицы во Вселенной. Некоторые из этих теоретических частиц могли бы стать хорошими кандидатами в темную материю. Еще одним подозреваемым на эту роль была частица под названием аксион, изобретенная для объяснения малости параметра в Стандартной модели. Но после трех десятилетий неудачных попыток обнаружить любую из этих частиц игнорировать альтернативные гипотезы больше неразумно.
Фото: Линетт Кук
Тем временем идея о том, что темная материя состоит из частиц, подверглась давлению с совершенно другой стороны. Новые астрофизические данные, собранные и проанализированные одним из нас (Макгоу), а также другими, противоречат предсказаниям о частицах темной материи. Также становится все более очевидным, что некоторые старые проблемы с парадигмой темной материи сохраняются даже после многих попыток их решения.
Обновление уравнений гравитации по-прежнему возможно. Вместо того, чтобы добавлять частицы во вселенную, чтобы объяснить дополнительную гравитацию, которая, по-видимому, существует в галактиках и скоплениях, мы можем вместо этого придерживаться известных частиц, но увеличить силу, которую они оказывают друг на друга. Модифицированную гравитацию, как называют эти теории, которую часто игнорируют и игнорируют, никогда не исключали. Сейчас хорошая возможность пересмотреть вариант, что мы искали не то, не в том месте. Пришло время поближе взглянуть на модифицированную гравитацию.
Настройка гравитации
Модифицированная гравитация, впервые предложенная израильским физиком Мордехаем Милгромом в 1983 году, изменяет математические правила, определяющие возникновение силы гравитации из массы. В большинстве случаев (то есть в неэкстремальных ситуациях, когда ньютоновская гравитация является хорошим приближением) мы описываем эту силу законом обратных квадратов: сила гравитации между двумя объектами зависит от их масс и уменьшается пропорционально обратному квадрату расстояния между ними. их. Этот закон является классическим и проявляется во всей физике, от уравнений, описывающих, как интенсивность света падает с расстоянием, до правил, описывающих звуковое давление. Но что, если гравитация не всегда подчиняется закону обратных квадратов? Что, если уравнения в определенных обстоятельствах должны быть изменены?
Первое предложение Милгрома — модифицированная ньютоновская динамика (МОНД) — касалось только ньютоновских законов гравитации. Но общая теория относительности Эйнштейна научила нас, что гравитация — это не сила, а вызванная искривлением пространства и времени. Это ограничение оригинального MOND, вероятно, было ключевой причиной, по которой многие физики не восприняли эту идею всерьез. Но теперь мы знаем несколько способов сделать МОНД совместимым с общей теорией относительности, каждый из которых использует разные типы полей, которые ведут себя немного по-разному, чтобы описать, как гравитационное притяжение возникает из массы. Именно эти 10 или около того полных теорий мы все вместе называем модифицированной гравитацией. Отклонение их на чисто теоретических основаниях больше не оправдано. Еще одно возражение против модифицированной гравитации состоит в том, что ее математическое выражение кажется неэлегантным с точки зрения физики элементарных частиц. Мало того, что он выглядит незнакомым, с ним также сложнее иметь дело, чем с частицами темной материи, в которых используются методы, преподаваемые в рамках стандартной учебной программы. Хотя эти факторы помогают объяснить непопулярность идеи, они не являются научным основанием для ее обесценивания.
Несмотря на потенциал модифицированной гравитации, ученые направили почти всю свою энергию на поиски темной материи. С середины 1980-х десятки проектов искали предсказанные редкие взаимодействия между частицами темной материи и обычной материей. В таких экспериментах большие резервуары со сжиженными инертными газами или тщательно подготовленными твердыми веществами помещаются при чрезвычайно низких температурах в хорошо защищенные помещения, такие как подземные шахты, чтобы избежать заражения космическим излучением. Чувствительные детекторы терпеливо ждут явных признаков того, что частица темной материи отскакивает от атомного ядра в жидкой или твердой мишени.
Только что завершился последний раунд поисков темной материи. Очень чувствительный эксперимент «Большой подземный ксенон» (LUX) в Южной Дакоте и PandaX-II (для детектора частиц и астрофизического ксенона) в провинции Сычуань в Китае, как и все другие предшествующие им эксперименты по обнаружению темной материи, недавно не сообщили об отсутствии частиц, которые могли бы создавать до темной материи. Первые результаты XENON1T в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии (модернизация XENON100, которая сама была модернизацией XENON10) также были отрицательными. Супер-Камиоканде в Японии также не видел никаких сигналов о распаде протонов, что свидетельствовало бы об объединении фундаментальных сил и придавало бы правдоподобие идее о существовании невидимых частиц. В то же время ученые на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН недалеко от Женевы искали новые частицы с подходящими свойствами для темной материи и не обнаружили их признаков. Помимо ожидаемого бозона Хиггса, БАК вообще не видел никаких новых частиц.
Конечно, эти отрицательные результаты не исключают возможность существования темной материи. Теории частиц темной материи становятся все более изощренными, если не сказать надуманными. Чтобы избежать конфликта с экспериментальными нулевыми результатами, теоретики теперь предполагают, что частицы взаимодействуют с нормальной материей даже меньше, чем предполагалось изначально. Некоторые исследователи начали догадываться о новых силах и дополнительных видах частиц, которые должны сочетаться с первоначальными новыми частицами. Это распространение невидимых частиц стало настолько распространенным в литературе, что им дали собирательное название: «скрытый сектор».
Сравнение теорий
При отсутствии каких-либо признаков новых частиц мы должны задаться вопросом, насколько хорошо теории темной материи и модифицированной гравитации, соответственно, объясняют данные, полученные нами от природы.
По большей части гипотеза о том, что во Вселенной содержится примерно в пять раз больше темной материи, чем обычной материи, хорошо подходит для объяснения окружающего нас космоса. Хотя микроскопические свойства темной материи могут быть сложными, в целом они подчиняются простым уравнениям. Мы можем описать темную материю как жидкость без внутреннего давления, одной из переменных которой является средняя плотность частиц в пространстве.
Рассмотрения темной материи как жидкости без давления достаточно, чтобы воспроизвести модели, которые мы наблюдаем в космическом микроволновом фоне. Также он неплохо справляется с формированием крупномасштабных космических структур. Когда ранняя Вселенная расширилась, а материя остыла, частицы темной материи, поскольку она не может создать внутреннее давление, начали бы слипаться под действием гравитации быстрее, чем обычная материя. Только позже нормальная материя соберется в облака темной материи и сформирует галактики. Этот сценарий хорошо согласуется с некоторыми аспектами наших наблюдений.
Частицы темной материи объясняют движение звезд внутри галактик, когда мы распределяем подходящие количества там, где это необходимо; скопления галактик работают примерно так же. Поскольку теоретики могут столь гибко рассыпать темную материю, они могут привести все текущие наблюдения в соответствие с предсказаниями общей теории относительности.
Но эта гибкость частиц темной материи также является ее самым большим недостатком. Галактики не частицы, и нет двух одинаковых. У каждой галактики своя история; каждая возникла в своем собственном тонком танце миллиардов звезд, следующих за силой гравитационного притяжения. Некоторые молодые галактики сталкиваются и образуют более крупные галактики. Некоторые нет. Некоторые галактики превращаются в вращающиеся диски, некоторые — в эллиптические слоеные шарики. Иногда темная материя захватывает своим гравитационным притяжением много нормальной материи; иногда это не так. Из-за этих многочисленных вариаций можно ожидать, что соотношение темной материи и нормальной материи будет разным в разных галактиках. Вы ожидаете разнообразия, а не строгих правил. Но данные расходятся.
В 2016 году Макго и его коллеги провели тысячи измерений в более чем 150 галактиках и сравнили гравитационное притяжение, ожидаемое от нормальной материи в них, с наблюдаемым гравитационным притяжением, которое предположительно является результатом объединения темной и обычной материи. То, что они обнаружили, было удивительным: сильная корреляция между ними. Фактически, простое уравнение связывает видимое количество темной материи с количеством нормальной материи в каждой галактике; отклонения от кривой малы и немногочисленны [ см. вставку ниже ].
Эту корреляцию трудно воспроизвести с помощью компьютерного моделирования, рассматривающего два типа материи как независимые компоненты. Ученые могут привести модели в соответствие с данными, но они должны ввести множество параметров, которые должны быть тщательно подобраны. Модифицированная гравитация, напротив, просто предсказывает эту корреляцию. Поскольку в этом сценарии задействован только один тип материи — обычная материя, — конечно, общая гравитация очень похожа на гравитацию, вызванную видимой материей. Милгром даже предсказал это наблюдение в начале 19 века.80-е годы.
Необычные галактики
Есть и другие проблемы с гипотезой о темной материи — например, «галактики с низкой поверхностной яркостью». В этих тусклых галактиках видимое вещество распределено тоньше, чем в галактиках, подобных Млечному Пути.
Гипотеза темной материи первоначально привела нас к предположению, что галактики с низкой поверхностной яркостью, то есть с небольшим количеством видимой материи, обычно также должны иметь небольшое количество темной материи. Ученые предположили, что звезды, вращающиеся на больших расстояниях от галактического центра, будут двигаться в этих галактиках медленнее, чем в обычных галактиках того же размера, потому что общая гравитация тянет звезды по их орбитам меньше. Но когда пришли данные, это ожидание оказалось неверным. Внешние звезды в этих необычных галактиках двигались так же быстро, как и в обычных, что позволяет предположить, что в галактиках с низкой поверхностной яркостью на самом деле было довольно много материи, несмотря на разреженность звезд. Оказывается, в этих объектах отношение темной материи к нормальной материи должно быть намного выше, чем предполагалось изначально. Но почему это должно быть?
Первоначально гипотеза темной материи не предлагала никаких объяснений. Но, как мы уже отмечали, это очень гибкая гипотеза, поэтому, когда теоретики искали способы объяснить эту странную ситуацию, они их нашли.
Авторы и права: Джен Кристиансен; Источники: Европейская южная обсерватория Федерико Лелли; «Соотношение радиального ускорения в галактиках, поддерживаемых вращением», Стейси С. Макго, Федерико Лелли и Джеймс М. Шомберт, в Physical Review Letters , Vol. 117, статья № 201101; 11 ноября 2016 г.
Чтобы согласовать результаты с теорией, ученым пришлось точно настроить количество темной материи в каждой галактике, чтобы она зависела от поверхностной яркости звезд: чем тусклее система, тем больше темной материи. Для этого требовался какой-то механизм, чтобы избавить эти галактики от светящейся материи во время их формирования, чтобы соотношение материи смещалось в пользу темной материи. В настоящее время наиболее популярным методом является добавление «звездной обратной связи» к компьютерному моделированию. Звездная обратная связь вызвана давлением, создаваемым, когда массивные звезды облучают окружающий их газ высокоэнергетическими фотонами, дуют сильные звездные ветры и в конечном итоге превращаются в сверхновые. Эти гигантские взрывы могут выдувать материю из галактик. И поскольку темная материя взаимодействует так слабо, этот выброс повлияет на нормальную материю больше, чем на темную материю. Таким образом, в галактиках, в которых произошло много сверхновых, доля темной материи будет повышена.
Но хотя мы знаем, что звездная обратная связь играет важную роль в формировании звезд и звездных скоплений, ее роль при формировании галактик менее ясна. Чтобы решить проблему с галактиками с низкой поверхностной яркостью, энергия сверхновых должна почти полностью направляться на выталкивание материи из галактик. Однако такой высокий уровень эффективности поразительно неправдоподобен для природного процесса. С другой стороны, модифицированная гравитация предсказывает наблюдаемый результат без обратной связи, точно так же, как она предсказывала наблюдаемые скорости вращения звезд в обычных галактиках.
Дополнительные проблемы
Проблема с галактиками с низкой поверхностной яркостью — далеко не единственный недостаток частиц темной материи. Теория предсказывает, например, высокую плотность вещества в ядрах галактик, в отличие от того, что мы измеряем. Он предсказывает намного больше маленьких карликовых галактик, чем мы наблюдаем, и не может предсказать, как галактики и их галактики-спутники выстраиваются в одной плоскости. Это лишь самые заметные разногласия. Модифицированная гравитация работает лучше во всех этих областях.
Отсутствие пиков плотности в ядрах галактик, в частности, так плохо согласуется с историей темной материи, что, когда данные были новыми, многие астрофизики сомневались в их правильности. Во-первых, теоретики утверждали, что разрешение измерений было недостаточным. Когда последующие данные решили проблему разрешения, они обвинили другие систематические ошибки. Но после еще нескольких поколений наблюдений, полученных несколькими группами, вывод остается прежним: темная материя плохо справляется с объяснением того, что мы видим в центрах галактик.
Это правда, что включение звездной обратной связи и других астрофизических эффектов в компьютерное моделирование решает эти проблемы. Поскольку эти дополнительные процессы добавляют больше параметров к моделированию, исследователи могут уговорить программное обеспечение создавать галактики, которые достаточно хорошо напоминают то, что мы наблюдаем. Затем эти смоделированные галактики могут также воспроизвести наблюдаемую корреляцию между количеством частиц темной материи и обычной материи. Однако компьютерное моделирование не дает никакого объяснения происхождения этой корреляции.
У модифицированной гравитации есть еще одно преимущество. В отличие от моделирования темной материи, модифицированная гравитация может объяснить, как маленькие галактики ведут себя, попав в гравитационное поле более крупных галактик. Например, его расчеты оказались чрезвычайно успешными в предсказании того, как группа недавно открытых карликовых галактик закручивается вокруг нашей большой соседней галактики Андромеды. Эти крошечные карлики подвержены гравитационному притяжению своего гигантского хозяина, которое сильнее, чем их внутренняя гравитация. В такой ситуации модифицированная гравитация предлагает другое предсказание, чем если бы карликовые галактики были изолированы, и именно это уникальное предсказание мы находим реализованным в наблюдениях. Однако сопоставление этого аспекта данных с частицами темной материи требует добавления еще большего количества предположений к компьютерному моделированию.
Но давайте будем честными: несмотря на эти многочисленные успехи в предсказаниях, у модифицированной гравитации есть серьезные проблемы. Хотя он работает с огромным количеством различных типов галактик, он не может очень хорошо объяснить движение скоплений галактик. А о поведении космоса в целом модифицированная гравитация ничего не говорит. В этих случаях частицы темной материи работают лучше. Он объясняет свойства космического микроволнового фона и распределение галактик по Вселенной, где у модифицированной гравитации нет ответов. Тем не менее, отказ от модифицированной гравитации, потому что она не решает эти ситуации, упускает суть. Теория сделала успешные предсказания. Даже если мы не понимаем почему, игнорирование этого не поможет.
Двигаемся вперед
На данный момент и частицы темной материи, и модифицированная гравитация имеют свои преимущества и недостатки. Некоторые недавние теоретические разработки предполагают, что, возможно, истина находится посередине: тип частиц темной материи, который может маскироваться под модифицированную гравитацию.
В 2015 году Джастин Хури из Пенсильванского университета и его коллеги обнаружили, что некоторые типы частиц темной материи могут становиться сверхтекучими — жидкостями, текущими без сопротивления, в которых преобладают квантовые эффекты. Когда сверхтекущая темная материя собирается в галактиках, ее квантовые свойства могут генерировать дальнодействующую силу, напоминающую модифицированную гравитацию. Сама сверхтекучесть обладает гравитационным притяжением, но, согласно гипотезе Хури, большая часть эффекта, который мы сейчас приписываем темной материи, исходит не от гравитации, а от прямого взаимодействия сверхтекучести с обычной материей. Это явление могло бы объяснить, почему силу, которую мы наблюдаем, действующую на обычную материю в галактиках, трудно объяснить гравитацией: она не вызвана гравитацией.
Идея о том, что темная материя является типом сверхтекучей жидкости, которая имитирует модифицированную гравитацию, также объясняет, почему модифицированная гравитация не работает для скоплений галактик. В большинстве скоплений гравитация недостаточно сильна, чтобы сделать частицы сверхтекучими. В этих ситуациях они ведут себя как обычная жидкость, то есть ведут себя как частицы темной материи.
И, как случайно заметил один из нас (Хоссенфельдер), концепция сверхтекучести соответствует другому направлению исследований, начатому Эриком Верлинде из Амстердамского университета. Верлинде использует идеи теории струн, чтобы доказать, что впечатление, что Вселенная содержит больше материи, чем мы можем видеть, является иллюзией, вызванной реакцией пространства на присутствие массы. Хотя это понятие звучит совершенно иначе, чем гипотеза сверхтекучести Хури, ключевое уравнение в обоих случаях почти одинаково.
Это направление исследований молодо и может оказаться тупиковым. Но это пример того, как более пристальное внимание к модифицированной гравитации может помочь преодолеть текущую фазу застоя в поисках темной материи.
Вскоре должны появиться новые данные, которые помогут установить истину. Традиционная частица темной материи, модифицированная гравитация и сверхтекущая темная материя делают разные предсказания для галактик с низкой поверхностной яркостью, которые могут стать пригодными для проверки в ближайшем будущем. Исследование темной энергии в настоящее время идентифицирует такие галактики, и Большой синоптический обзорный телескоп должен найти их сотнями, когда он появится в сети в этом году. Теории также различаются, когда речь идет о ранней Вселенной, когда формировались первые галактики. Эти галактики можно будет наблюдать с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на 2021 год, а будущие длинноволновые радионаблюдения позволят исследовать темные века в еще более ранние эпохи.
Появление гравитационно-волновой астрономии также дает нам новые подсказки. Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) недавно обнаружила гравитационные волны, вызванные столкновением двух нейтронных звезд. В то же время разные телескопы наблюдали свет на разных длинах волн, излучаемый одним и тем же событием. Эти наблюдения с превосходной точностью показывают, что гравитационные волны распространяются с той же скоростью, что и свет. Это открытие исключило некоторые, но определенно не все варианты модифицированной гравитации.
Сейчас несколько десятков ученых изучают модифицированную гравитацию, а несколько тысяч ищут частицы темной материи. Возможно, модифицированная гравитация неверна, но, возможно, научное сообщество не прилагает усилий, чтобы узнать наверняка. Вселенная имеет обыкновение удивлять нас; мы должны быть готовы принять то, что откроют будущие данные, непредвзято. У звезд еще могут быть секреты, но они находятся под пристальным наблюдением.
Столкновение дает подсказки
Скопление Пуля — это пара скоплений галактик, которые давным-давно столкнулись вместе. Это редкий случай лобового столкновения на высокой скорости. Изображения, сделанные в видимом и рентгеновском свете ( красный ), наряду с измерениями того, как гравитация искажает свет (гравитационное линзирование) ( синий ), показывают, что в каждом скоплении центр общей массы и гравитации смещен относительно центр видимой массы.
Ученые часто заявляют, что скопление пуль является свидетельством существования частиц темной материи. Поскольку такие частицы взаимодействовали бы меньше, чем обычная материя, столкновение позволило бы облакам темной материи скоплений пройти друг мимо друга, в то время как видимая масса взаимодействовала сама с собой и отставала. Эта история соответствует тому, что мы наблюдаем, но она грубо упрощена.
В модифицированной гравитации точка, в которой фокусируется гравитационное притяжение, также может быть смещена от нормальной массы. Это может происходить потому, что считается, что все силы, включая гравитацию, передаются особым типом частиц. Эти частицы должны выполнять свои собственные динамические законы. Когда модифицированная гравитация принимает во внимание потенциальные последствия от этих частиц-носителей, она также может предсказать то, что мы видим в скоплении пули.
Что еще более важно, этот кластер является экстремальным событием и статистическим выбросом. Само его существование трудно объяснить как с помощью частиц темной материи, так и с помощью модифицированной гравитации. Использование его в качестве доказательства за или против любого подхода — это попытка подтвердить наши собственные предубеждения.
Первоначально эта статья была опубликована под названием «Реальна ли темная материя?» в журнале Scientific American 319, 2, 36–43 (август 2018 г.)
doi:10.1038/scientificamerican0818-36
ДОПОЛНИТЕЛЬНО
Зависимость радиального ускорения в галактиках с вращательным движением. Стейси С. Макго, Федерико Лелли и Джеймс М. Шомберт в Physical Review Letters , Vol.