В настоящее время физическая космология является самой прогрессивно развивающейся областью науки, непрерывно интригуя общество сенсационными открытиями. Наиболее интригующим открытием является, так называемая, «невидимая материя». Эффект «невидимой материи» в космическом пространстве впервые «наблюдали» астрономы Джинс и Каптейн, изучая движение звезд в нашей Галактике. Тогда же (1922 г.) появился термин «темная материя» (англ. dark matter). Следует отметить, что термин «темная материя» не способствует пониманию данного феномена[2], поэтому все чаще употребляют термин «невидимая материя» (НМ).
В 1933 г. Цвикки измерил радиальные скорости восьми галактик в скоплении Кома и обнаружил, что для устойчивости скопления приходится допустить, что его полная масса в десятки раз больше, чем масса входящих в него звезд [31]. С 1960-х годов начался бурный прогресс в исследовании НМ и лидером в данной области была признана Вера Рубин [32], которая предпочитала считать причиной найденного эффекта модифицированную ньютоновскую динамику (MOND). В тот же период большую популярность приобрела теория плазменной космологии Альвена, также отрицавшая наличие НМ (но предсказавшая нитевидно-клеточную структуру Вселенной). С 1990 годов наблюдательные данные астрономии стали все больше удовлетворять модели Большого Взрыва с хаотической инфляцией [5] (однако, эффект НМ оставался необъясненным).
В 1998 г. с помощью астрономических наблюдений было обнаружено, что Вселенная, через 7 млрд. лет после окончания Большого Взрыва, стала опять ускоренно расширяться (так же до сих пор необъясненный факт). Сейчас твердо установлено, что сила отталкивания между частицами создается невидимой идеально однородной космической средой, заполняющей все пространство с постоянной плотностью, названной «невидимой энергией» (НЭ). Отталкивающая сила заметно проявляется только на больших космологических расстояниях вблизи горизонта видимого мира и описывается Λ-членом в модели Эйнштейна. Полный бюджет энергии и материи в современной Вселенной представлен так: примерно 73 % составляет НЭ; 23 % составляет НМ; и примерно 4 % — это «нормальная» (барионная) материя, которую мы видим.
В отличие от НЭ, НМ не «размазана» по всей Вселенной, а гравитационно скучивается, обнаруживая тенденцию к концентрации в виде протяженного гало вблизи отдельных галактик или групп галактик. Такая система (с НМ) называется местной группой галактик. Размер местной группы порядка (1–2) Мпс. Расстояние между группами порядка (10–15) Мпс. Несколько соседних групп образуют сверхскопления в виде «блинов» размером порядка 30 Мпс (Местная вселенная). И, наконец, сврхскопления образуют цепочки, филаменты, в которые входят (5 — 20) сверхскоплений. Ближайшая от нас цепочка, Концентрация Шепли, находится на расстоянии около 200 Мпс и имеет размер около 100 Мпс. Пустое пространство между филаментами называется войдами. Масса НМ в местной группе во много раз (5–6) превосходит массу барионной материи. Установлено, что видимая материя распределена по доступной наблюдению Вселенной (3000 Мпс) достаточно однородно и эта однородность обеспечивается НМ в виде «паутины», которая служит гравитационной потенциальной ямой для барионной материи. НМ местной группы, нейтрализует антигравитационное влияние НЭ, в результате чего наша Местная группа является квазистационарной.
Про НМ пока известно очень мало и, в основном, в пределах местных групп. Например, для нашей Местной группы известно следующее [33]:
1) галактики нашей Местной группы (численностью около 40), совместно с НМ образуют систему с центром вблизи двух наиболее крупных галактик (Млечный Путь и Туманность Андромеды). Гравитационное притяжение, в основном благодаря НМ местной группы, нейтрализует антигравитационное влияние НЭ, в результате чего наша местная группа является квазистационарной.
2) масса НМ в местной группе во много раз (5–6) превосходит массу барионной материи. Это позволяет, при анализе поведения местной группы, считать галактики «пробными частицами» в поле НЭ и НМ.
3) небольшому числу карликовых галактик (численностью около 20), под воздействием НЭ, удается преодолеть гравитационное притяжение местной группы и образовать, так называемый, «хаббловский поток» подчиняющийся общему закону разбегания галактик во Вселенной.
4) в некоторых местных группах (в том числе и в нашей местной группе) наблюдается отрыв части НМ от общего гало. Предполагается, что большое количество НМ может располагаться в войдах.
2
Большинство космологов предпочитают использовать термин «прозрачная», или «невидимая» материя, так как одним из главных ее свойств является отсутствие взаимодействия с электромагнитным излучением (светом). В результате, на фоне светящихся звезд мы по косвенным признакам «видим» нечто прозрачное (невидимое), но гравитационно доминирующее. Поэтому любая теория о природе НМ должна удовлетворять условию ее электромагнитной прозрачности. Мы будем использовать термины «невидимая материя» (НМ) и «невидимая энергия» (НЭ).