Роль темной материи и темной энергии в динамике вселенной

Темная материя непохожа ни на что, с тем, с чем мы, когда либо сталкивались на земле.

Миллиарды этих необычных частиц проходят сквозь все, с чем сталкиваются каждую секунду, они на столько огромны по весу, что оказывают влияние на галактики, на то, как они образуются и на, то, как быстро вращаются.

Невидимое присутствие темной материи есть везде, или это так, кажется? Ученые не доказали на прямую существование темной материи, есть много предположений, но нет ответов. А наблюдать за тем, что вы не можете видеть, не легко. Она не излучает свет и не поглощает его, она ни как не взаимодействует со светом вообще. Она не только не светится, мы не можем свободно увидеть ее во тьме. [4]

Классификация темной материи

Попытаемся понять на какие категории делится ТМ и по каким свойствам. На сегодняшний день существует несколько способов по тому, на что именно следует разделять темную материю, каждый из которых имеет свои недостатки и преимущества.

Наиболее общепризнанная классификация — это разделение ТМ по скоростям частицпереносчиков на горячую, теплую и холодную. Давайте вкратце объясним, что из себя представляет каждая из них.

• Горячая темная материя.

Под горячей ТМ понимается легкие частицы, которые на раннем периоде эволюции Вселенной были в полном соприкосновении с фотонами, электронами, позитронами, и в момент выхода из равновесия, когда взаимодействие прекратилось, они разлетелись со скоростями близким к скорости света. Как показывают расчеты, масса таких частиц должна быть в 5000 раз легче электрона. Подходящим кандидатом на эту роль являются нейтрино.

На сегодняшний день горячая ТМ практически исключена, ввиду того, что она противоречит крупномасштабной структуре Вселенной.

• Холодная темная материя.

К холодной ТМ относится частицы, которые в раннюю стадию Вселенной отщепились от плазмы с нерелятивистскими скоростями. В отличии от горячей, холодная модель с хорошей точностью описывает крупномасштабную структуру Вселенной с точки зрения космологии. Хотя, в некоторых деталях она также не соответствует астрономическим наблюдениям.

• Теплая темная материя.

На нынешней день наиболее подходящей является теплая ТМ, в которой недостатки холодной ТМ уже устранены. Частиц данной категории имеют среднюю скорость между холодной и горячей, хотя и в ранней стадии они также были релятивистскими. Обычно к теплой ТМ относят легкие частицы, массы которых в 100 раз меньше массы электрона.

По имеющимся оценкам, ускоряющееся расширение Вселенной началось приблизительно 5 миллиардов лет назад. Предполагается, что до этого расширение замедлялось благодаря гравитационному действию тёмной материи и барионной материи. Плотность барионной материи в расширяющейся Вселенной уменьшается быстрее, чем плотность тёмной энергии. В конце концов, тёмная энергия начинает преобладать. Например, когда объём Вселенной удваивается, плотность барионной материи уменьшается вдвое, а плотность тёмной энергии остается почти неизменной (или точно неизменной — в варианте с космологической константой).

Существуют и более экзотические гипотезы о будущем Вселенной. Одна из них предполагает, что фантомная энергия приведёт к т. н. «расходящемуся» расширению. Это подразумевает, что расширяющая сила действия тёмной энергии продолжит неограниченно увеличиваться, пока не превзойдёт все остальные силы во Вселенной. По этому сценарию, тёмная энергия со временем разорвёт все гравитационно связанные структуры Вселенной, затем превзойдёт силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разорвёт атомы, ядра и нуклоны и уничтожит Вселенную в Большом Разрыве.

Как часто бывает в науке, впечатляющие успехи физики частиц и космологии поставили неожиданные и фундаментальные  вопросы. Мы сегодня не знаем, что  представляет собой основная часть  материи во Вселенной. Мы можем только догадываться, какие явления происходят на сверхмалых расстояниях, и какие  процессы происходили во Вселенной  на самых ранних этапах её эволюции. Замечательно, что на многие из этих вопросов ответы будут найдены в  обозримом будущем — в течение 10–15 лет, а может быть, и раньше. Наше время — это время кардинального изменения взгляда на природу, и главные открытия здесь еще впереди [9].