Когато космическият телескоп „Джеймс Уеб“ заработи пълноценно и започне да наблюдава еволюцията на ранната Вселена, вероятно ще хвърли светлина върху една от най-големите мистерии на съвременната физика: съществува ли тъмна материя и ако да, то какво представлява тя?
Нов модел, разработен от група учени, ръководени от Йейлския университет, предполага, че неуловимата тъмна материя може да бъде уловена в първични черни дупки, останали от Големия взрив.
Неуловимата тъмна материя
Когато астрофизиците започнали да изучават структурата на Вселената и как тя се е развила след Големия взрив преди 13,8 милиарда години, те разработвали все по-подробна картина за това как Вселената се е развила от своето начало до наши дни.
Проблемът се състоял в това, че физиката просто не можела по необходимия начин да обясни как е възникнала Вселената, ако изцяло се следват резултатите от наблюденията. Всичко - от образуването на звезди и галактики до природата на космическото фоново лъчение - просто не би могло да възникне с количеството материя, което се наблюдава в Космоса. Фактически съвременните теории предполагат, че мистериозният дефицит на материя и енергия е 95%, докато "обикновената" материя и енергия представляват едва останалите 5%.
Този огромен дефицит трябвало да има някаква много сериозна причина и най-вероятно - повече от една. Една от доминиращите теории днес е, че този дефицит се изразява в "тъмна материя", която съставлява около 85% от Вселената. Досега астрономите така и не са успели да я наблюдават пряко, но се предполага, че тъмната материя е съставена от някаква форма на екзотична материя, включително стерилни неутрино, слабо взаимодействащи масивни частици (WIMPS) или аксиони, които не взаимодействат с никаква форма на електромагнитно лъчение.
Казано просто, тъмната материя не може да поглъща, отразява или пречупва светлината или която и да е друга част от спектъра. Единственият признак за това, че тя изобщо съществува, е, че взаимодейства с обичайната материя и енергия само посредством гравитацията. Това я прави изключително трудна за откриване, още по-малко - за изследване.
Недрата на черните дупки
Според екипа на Йейлския университет отговорът на загадката на тъмната материя не се крие в екзотични частици, а в първичните черни дупки, чиито размери варират от микроскопични петна до милиарди мили в диаметър. Тези черни дупки са области от пространство-времето, където големи тела от материя колапсират, оставяйки след себе си гравитационен кладенец - толкова силен, че дори светлината не може да избяга от него.
Още през 70-те години на миналия век физиците Стивън Хокинг и Бърнард Кар изказват предположението, че през първата секунда от съществуването на Вселената след Големия взрив може да е имало флуктуации в нейната плътност и някои региони да са толкова претрупани, че са се образували черни дупки.
В графиката фокусът е върху сравняването на времето на появата на първите черни дупки и звезди. Изображение: ESA
Тази хипотеза не получила разпространение, но новото изследване е променило тази идея и е изчислило, че ако голяма част от първичните черни дупки са имали първоначална маса около 1,4 пъти по-голяма от Слънцето, това би могло да обясни цялата тъмна материя, особено след като те продължават да поглъщат повече газ или дори звездите в близост до тях. Освен това те биха могли да действат като семена, около които са се формирали галактики, и да се създават свръхмасивните черни дупки, които се смята, че съществуват в много галактични ядра.
Ако е така, тогава космическият телескоп „Джеймс Уеб“ би могъл да предостави известно потвърждение на теорията, събирайки данни за това, как се образуват звездите, галактиките и планетните системи, докато инфрачервените му сензори изследват края на Вселената, откъдето светлината от ранната ѝ история все още пътува към нас.
