ТЁМНАЯ МАТЕ́РИЯ

ТЁМНАЯ МАТЕ́РИЯ, ве­ще­ст­во не­ба­ри­он­ной при­ро­ды, вы­яв­ляе­мое по его гра­вита­ци­он­но­му воз­дей­ст­вию на рас­про­стра­не­ние све­та (гра­ви­та­ци­он­ное лин­зи­ро­ва­ние) и на дви­же­ние и струк­ту­ру га­лак­тик, их ско­п­ле­ний и сверх­ско­п­ле­ний. Со­вме­ст­ный ана­лиз на­блю­дат. дан­ных по ани­зо­тро­пии мик­ро­вол­но­во­го фо­но­во­го из­лу­че­ния (ре­лик­то­во­го из­лу­че­ния) и круп­но­мас­штаб­ной струк­ту­ре Все­лен­ной при­во­дит к зна­че­нию кос­мо­ло­гич. плот­но­сти Т. м. ок. 0,25ρ_кр (ρ_кр – кри­тич. плот­ность Все­лен­ной).

О су­ще­ст­во­ва­нии Т. м. име­ет­ся мно­же­ст­во сви­де­тельств. Ис­то­ри­че­ски пер­вое от­но­сит­ся к ра­бо­там 1930-х гг. по ис­следо­ва­нию дис­пер­сии ско­ро­стей га­лак­тик в гра­ви­тац. по­ле ско­п­ле­ний га­лак­тик. Ус­та­нов­лен­ная по ве­ли­чи­не дис­пер­сии (в пред­по­ло­же­нии о гид­ро­ста­тич. рав­но­ве­сии га­лак­тик в ско­п­ле­нии) пол­ная мас­са ско­п­ле­ния ока­зы­ва­лась в де­сят­ки и сот­ни раз боль­ше, чем сум­мар­ная мас­са звёзд, вхо­дя­щих в га­лак­ти­ки. Ещё од­ним ар­гу­мен­том в поль­зу су­ще­ст­во­ва­ния Т. м. ста­ло от­кры­тие пло­ских кри­вых вра­ще­ния у боль­шин­ст­ва спи­раль­ных га­лак­тик. Дли­тель­ное су­ще­ст­во­ва­ние га­лак­тич. дис­ка и на­ли­чие спи­раль­но­го узо­ра воз­мож­ны толь­ко при на­ли­чии сфе­рои­даль­но­го га­ло га­лак­ти­ки, ста­би­ли­зи­рую­ще­го по­гру­жён­ный в не­го вра­щаю­щий­ся диск. В 1980-х гг. мас­сы ско­п­ле­ний га­лак­тик бы­ли из­ме­ре­ны по темп-ре со­дер­жа­ще­го­ся в ско­п­ле­ни­ях го­ря­че­го меж­га­лак­тич. га­за и по гра­ви­тац. лин­зи­ро­ва­нию уда­лён­ных га­лак­тик близ­ле­жа­щи­ми те­ла­ми. Из­ме­рен­ные не­за­ви­си­мы­ми спо­со­ба­ми мас­сы ско­п­ле­ний сов­па­ли.

Как и ба­рио­ны, час­ти­цы Т. м. яв­ля­ют­ся не­ре­ля­ти­ви­ст­ски­ми. Осн. раз­ли­чие ме­ж­ду тём­ной и обыч­ной ма­те­ри­ей со­сто­ит в том, что час­ти­цы Т. м. яв­ля­ют­ся сла­бо взаи­мо­дей­ст­вую­щи­ми. Ос­ты­вая, ба­рио­ны осе­да­ют в центр. об­лас­ти га­лак­ти­ки и фор­ми­ру­ют диск раз­ме­ром в неск. ки­ло­пар­сек. Час­ти­цы Т. м. не мо­гут бы­ст­ро те­рять свою энер­гию и фор­ми­ру­ют га­ло раз­ме­ром в де­сят­ки раз боль­ше дис­ка. На­блю­де­ния по­ка­зы­ва­ют, что вся Т. м. вхо­дит в со­став гра­ви­та­ци­он­но свя­зан­ных га­ло и мас­сы га­ло в осн. на­хо­дят­ся в диа­па­зо­не 10¹¹–10¹⁴ масс Солн­ца, что со­от­вет­ст­ву­ет мас­сив­ным га­лак­ти­кам и груп­пам га­лак­тик.

В стан­дарт­ной мо­де­ли эле­мен­тар­ных час­тиц нет под­хо­дя­щих по свой­ст­вам кан­ди­да­тов в час­ти­цы Т. м., по­это­му час­ти­цы Т. м. сле­ду­ет ис­кать в рас­ши­рен­ных мо­де­лях эле­мен­тар­ных час­тиц. Спи­сок воз­мож­ных кан­ди­да­тов при­ве­дён в таб­ли­це в по­ряд­ке воз­рас­та­ния их мас­сы.

Кандидаты в частицы тёмной материи

В си­лу прин­ци­па эк­ви­ва­лент­но­сти час­ти­цы дви­жут­ся в гра­ви­тац. по­ле не­за­ви­си­мо от их мас­сы. По­это­му мас­са час­ти­цы Т. м. ос­та­ёт­ся по­ка не­из­вест­ной. Тем не ме­нее из­вест­но, что час­ти­ца Т. м. – ста­биль­ная, элек­три­че­ски ней­траль­ная и сла­бовзаи­мо­дей­ст­вую­щая. Боль­шин­ст­во пе­ре­чис­лен­ных в таб­ли­це кан­ди­да­тов ни­ко­гда не на­хо­ди­лись в те­п­ло­вом рав­но­ве­сии с из­лу­че­ни­ем в ран­ней Все­лен­ной. Ис­клю­че­ни­ем яв­ля­ет­ся ней­тра­ли­но – ги­по­те­тич. час­ти­ца, воз­ни­каю­щая в ми­ни­маль­ной су­пер­сим­мет­рич­ной тео­рии.

По­иск час­тиц Т. м. ве­дёт­ся на боль­ших ус­ко­ри­те­лях (напр., в ЦЕРНе) и в под­зем­ных де­тек­то­рах по ре­ги­ст­ра­ции со­бы­тий их уп­ру­го­го рас­сея­ния на яд­рах ве­ще­ст­ва. Ин­те­рес­ным след­ст­ви­ем су­ще­ст­во­ва­ния час­тиц Т. м. яв­ля­ет­ся воз­мож­ность на­блю­де­ния про­дук­тов их ан­ни­ги­ля­ции (в слу­чае ес­ли час­ти­ца то­ж­де­ст­вен­на сво­ей ан­ти­час­ти­це, как фо­тон) в мес­тах по­вы­шен­ной плот­но­сти, напр. в яд­рах га­лак­тик. Час­ти­цы ти­па ней­тра­ли­но мо­гут об­ра­зо­вы­вать ми­ни­га­ло с мас­са­ми вплоть до мас­сы Зем­ли и раз­ме­ром с Сол­неч­ную сис­те­му. Су­ще­ст­во­ва­ние та­ких ги­по­те­тич. ми­ни­га­ло оп­ре­де­ля­ет­ся ма­ло­изу­чен­ной ко­рот­ко­вол­но­вой ча­стью спек­тра флук­туа­ций плот­но­сти.