 |
Науковець пояснює коли і в зв’язку з якими дослідженнями про гіпотезу темної матерії заговорили вперше: «Питання темної матерії постало, коли Фріц Цвіккі в 1930-х роках обраховував рух галактик відносно центру скупчення, яке має назву Волосся Вероніки. Він зрозумів, що видимої маси, наприклад зірок, буде недостатньо для того, щоб тримати це скупчення разом, у гравітаційно зв’язаному стані. Він одразу охрестив проблему Dunkle Materie (темна матерія). Цвіккі припустив, що в скупченні галактик Волосся Вероніки є приблизно в 300 разів більше речовини, ніж ми можемо припустити по тому світлу, яке вона випромінює. Слід сказати, що ця робота на тривалий час була забута, на неї майже не посилалися. А в 1970-х роках почали створювати потужні радіотелескопи, які давали змогу з небаченою раніше точністю вимірювати швидкість обертання газу в рукавах галактик. (…) У 1990-ті накопичили дані, що Всесвіт розширюється із прискоренням. Вони базуються на дослідженні наднових зірок, які мають однакову світність і по якій можна визначити відстань до них. І довідатися, як швидко Всесвіт розширювався у минулому. Виявилося, що розширення прискорюється. Це контрінтуїтивно! Бо відомо, що на великих масштабах домінує саме гравітація, яка завжди діє на притягання, а отже, вона мала б сповільнювати розширення. Нині можна сказати, що на великих масштабах фактично домінує антигравітація. Темна енергія поводиться схоже на космологічну константу Айнштайна. Та, з одного боку, зі спостережень ми не можемо відрізнити просто космологічну константу, густина енергії якої не змінюється з часом, від квантових флуктуацій енергії вакууму. З іншого боку, це може бути, наприклад, невідоме скалярне поле, яке зараз скотилося до мінімуму свого положення, якому відповідає позитивна енергія вакууму. Треба чекати нові дані, що дадуть змогу обрати поміж цими гіпотезами. На щастя, вони наразі плануються. Нині триває експеримент Dark Energy Survey, потім будуть космічна місія «Евклід» та телескоп «Джеймс Вебб», що прийде на заміну «Габблу». Усі ці дані дадуть змогу дізнатися більше про структуру Всесвіту й темну енергію».
Дмитро Якубовський розповів також про те, як темна матерія впливала на Всесвіт на початку його існування: «Ми знаємо небагато про неї до епохи реліктового випромінювання. Дані спостережень обмежені лише тим, що відомо про первинний нуклеосинтез. Нині в Сонці 25% гелію. Якби всі зірки світили б 13 млрд років, то мало б утворитися із водню не 25% гелію, а 0,25%. Умовно кажучи, гелію в нас в 100 разів більше, ніж якби його первинним джерелом була конверсія водню. Цю проблему вирішив Джордж Гамов у працях про космічний нуклеосинтез. Саме він і створив модель Великого вибуху, аби пояснити надлишок гелію. Проблема в тому, що теорія нуклеосинтезу нічого не може нам сказати про темну матерію. Лише як обмеження: вона не могла б інтенсивно розпадатися на звичайні частинки. Зараз вважається, що темна матерія не може складатися із жодної з відомих частинок. І будь-який великий експеримент у фізиці частинок якось пов’язаний із дослідженням темної матерії».
Астрофізик перелічив і можливі гіпотези щодо складу темної матерії: «Та, що нині на слуху в багатьох, — вімпи, від абревіатури WIMP, Weakly Interacting Massive Particles (слабко взаємодіючі масивні частинки). Вони повинні мати масу в декілька десятків чи сотень разів більшу за масу протону, нульовий заряд і взаємодіяти слабко зі звичайною речовиною, як нейтрино. (…) На другому місці серед кандидатів я поставив би правокіральні нейтрино, або ж стерильні нейтрино, або важкі нейтральні лептони, як їх іще інколи називають. (…) Одним із варіантів є розширення Стандартної моделі за допомогою так званої U(1) симетрії, порушення якої привело до утворення аксіонів. Виявилося, що можна підібрати їхні параметри так, щоб вони пояснили існування темної матерії. Для кожної моделі потрібна своя стратегія спостережень. Стерильні нейтрино немає сенсу шукати в IceCube (нейтринний детектор на Південному полюсі. — Ред.) або на Колайдері. А шукати вімпи має сенс. Стерильні нейтрино шукають у рентгенівських даних із супутників. Бо вони мають давати слабкий сигнал від лінії розпаду — розпадатися на фотон і звичайне нейтрино. І оскільки частинка темної матерії перебуває майже в спокої, то виходить двочастинковий розпад, коли фотон і нейтрино забирають половину енергії, половину від mc2. Це приводить до утворення фіксованої лінії в спектрі, яку можна детектувати. Аксіони шукають, наприклад, за допомогою телескопа CAST (CERN Axion Solar Telescope. — Ред.). Цей телескоп — магніт, захований від будь-яких зовнішніх випромінювань і направлений на Сонце. Якби через нього проходили аксіони, з невеликою ймовірністю вони, взаємодіючи з магнітним полем, перетворилися б на фотони».
Учений окреслив дослідженнями яких моделей займаються в Інституті теоретичної фізики імені Миколи Боголюбова НАН України: «Ми досліджуємо насамперед стерильні нейтрино та їхні можливі вияви в рентгенівських спектрах. Зокрема, ми кілька років тому зі співавторами спостерігали лінію випромінювання на енергії 3,5 кеВ (кілоелектронвольт) у спектрах ряду космічних об’єктів. Згідно із нашою гіпотезою, таку лінію мала б дати при розпаді темна матерія. Статус цієї лінії поки що не визначено остаточно, зокрема вона може прийти як лінія випромінювання великої кількості калію, збудженого до високих температур. Але наразі не всі спостереження підтверджують цю гіпотезу. Думаю, за кілька років зможемо точно відповісти, ця лінія залишається чи ні. Якщо так, то це може бути ознакою стерильних нейтрино. Є також група в Інституті ядерних досліджень НАН України, яка експериментально досліджує вімпи. Є чимало астрономів, які намагаються щось сказати про темну матерію на основі спостережень. У Головній астрономічній обсерваторії НАН України, в Харкові на радіотелескопі. У Криму були такі групи. Також є багато науковців, які ведуть теоретичні дослідження темної матерії, зокрема в Києві, Львові, Дніпрі, Харкові, Одесі. У нас є грант від НАНУ для створення лабораторії молодих вчених, 1 млн грн цього року. 55% гранту можна видати у формі зарплатні, що дає можливість молодим співробітникам, які працюють у Києві, отримувати конкурентні за українськими мірками зарплати. Також вони мають можливість фінансування міжнародних поїздок та стажувань за своїми темами. Це дає змогу проводити дослідження на рівні найкращих світових стандартів. Так, один зі співробітників нашої лабораторії, Антон Рудаковський, стажувався в Пізі — там є потужна група з нашої тематики. Він досліджує, як стерильні нейтрино впливають на епоху темних віків та реіонізацію, коли Всесвіт знову почав світитися. Інший наш співробітник, Денис Савченко, був в Тюбінгені, працював над аксіонами: він зі співавтором намагається поставити нові обмеження на параметри та знайти сигнали від них. У центрі галактик потужне магнітне поле, яке, теоретично, перетворювало б аксіони на фотони, із можливістю оцінити, скільки там має бути аксіонів».
Із повним текстом інтерв’ю можна ознайомитись за посиланням:
https://tyzhden.ua/Society/234855?fbclid=IwAR2lGRzNzFC3roVVQUMQRW1vg1nMum4tp8xWu1gSGRlpnr7MZWKKXj-esA4
За інформацією Головної астрономічної обсерваторії НАН України