Ғалам ғалымдарға бір ғасыр бұрын көрінгеннен әлдеқайда күрделірек құрылған. Адамзат телескоппен көре алатын немесе аспаптармен тіркей алатын барлық нәрсе шын мәнінде ғаламның неден тұратынының тек аз бөлігін ғана құрайды. Қалғаны тікелей бақылаудан жасырын және әлі күнге дейін бірегей түсіндірмеге келмейді, дегенмен оның бар екендігінің жанама дәлелдері жеткілікті жинақталған. Заманауи физиканың ең ұлы жұмбақтарының бірі — галактикаларды бойлайтын және олардың тағдырын анықтайтын көрінбейтін субстанция, қараңғы материя.
- Қараңғы материя жарықты шығармайды, жұтпайды және шағылыстырмайды, дәл осы себепті оны электромагниттік спектрдің ешқандай бөлігінде көру мүмкін емес. Атауының өзі құбылыстың зұлымдық табиғатын емес, тек кәдімгі бақылау үшін толық қолжетімсіздігін көрсетеді.
- Заманауи бағалаулар бойынша, қараңғы материя Ғаламның барлық мазмұнының шамамен 27%-ын құрайды. Жұлдыздар, планеталар және тірі ағзалар жасалған кәдімгі зат болса, бар-жоғы 5%-ын ғана алып жатыр — қалғаны қараңғы энергияға тиесілі.
- Көрінбейтін массаның бар екендігі туралы алғашқы маңызды болжамдарды швейцариялық астроном Фриц Цвикки әлі 1933 жылы айтқан. Вероника шашы шоқжұлдызындағы галактикалар шоғырын зерттей отырып, ол көрінетін заттың шоғырды ұшып кетуден ұстап тұру үшін катастрофалық түрде жеткіліксіз екенін анықтады — гравитация бақыланатын объектілермен түсіндіруге болатыннан айқын асып түсті.
- Гипотезаның шешуші расталуы 1970-жылдары америкалық астроном Вера Рубиннің бақылаулары болды. Ол галактикалардың шеткі аймақтарындағы жұлдыздардың айналу жылдамдықтарын өлшеп, олардың көрінетін массаға қатынасы бойынша тым жылдам қозғалатынын анықтады — қосымша көрінбейтін затсыз галактикалар жарылып кетуі керек еді.
- Галактикалардағы қараңғы материяның таралуы көрінетін жұлдыздық дискті қоршап тұрған алып шар тәрізді аураны еске түсіреді. Бұл ауа жұлдыздар мен газ шоғырланған аймақтың шекарасынан әлдеқайда арыға созылады, және дәл ол галактиканы біртұтас етіп ұстап тұрады.
- Гравитациялық линзалау — көрінбейтін затты зерттеудің негізгі құралдарының бірі. Алыс галактиканың жарығы массивті шоғырдың жанынан өткенде, қараңғы материя оның траекториясын бұрмалайды, және астрономдар осы бұрмалану пішіні бойынша көрінбейтін массаның таралу картасын қалпына келтіреді.
- «Оқ» деп аталатын галактикалар шоғырының соқтығысуы, мүмкін, қараңғы заттың нақты бар екендігінің ең сенімді дәлелі болды. Бұл соқтығысу кезінде қызған газ — кәдімгі материяның негізгі бөлігі — тежеліп, ортада қалды, ал онымен электромагниттік өзара әрекеттеспейтін қараңғы материя арқылы өтіп, алға ұмтылды, бұл гравитациялық линзалау арқылы айқын тіркелді.
- Қараңғы материя бөлшектерінің табиғаты бүгінгі күнге дейін анықталмаған. Ең танымал гипотеза так называемая әлсіз өзара әрекеттесетін массивті бөлшектердің (WIMP) бар екендігін болжайды — олардың массасы болуы және гравитацияға қатысуы керек, бірақ кәдімгі затқа іс жүзінде әсер етпеуі тиіс.
- Ондаған жылдар бойы іздеуге қарамастан, әлі күнге дейін ешбір тәжірибе қараңғы зат бөлшегін тікелей ұстай алған жоқ. Ғарыштық сәулелерден экрандалған, Жер бетінен үлкен тереңдіктегі детекторлар сияқты қондырғылар осы бөлшектердің атом ядроларымен сирек кездесетін соқтығысуларын іздейді — және әлі нәтижесіз.
- Церндегі Үлкен адрондық коллайдер де көрінбейтін бөлшектерді іздеуге қатысады. Физиктер протондардың орасан зор энергиялардағы соқтығысулары кезінде теориялық болжамдарға сәйкес келетін жаңа бөлшектер пайда болады деп үміттенді, алайда күтілген сигналдар әлі күнге дейін алынған жоқ.
- Балама теория — модификацияланған ньютондық динамика, немесе МОНД — галактикалардың аномалды айналу жылдамдықтарын көрінбейтін затпен емес, өте аз үдеулердегі гравитация заңдарына түзету енгізу арқылы түсіндіруді ұсынады. Физиктердің көпшілігі бұл идеяға скептицизммен қарайды, өйткені ол галактикалар шоғырларының мінез-құлқын және «Оқ» туралы деректерді нашар сипаттайды.
- Қараңғы материя Ғаламның ірі масштабты құрылымының қалыптасуында шешуші рөл атқарды. Дәл оның Үлкен жарылыстан кейін көп ұзамай пайда болған гравитациялық «құдықтары» кәдімгі газды тартып, алғашқы галактикаларға бастау берді — осы көрінбейтін қаңқасыз жұлдыздық жүйелер, мүмкін, мүлдем қалыптаса алмас еді.
- Компьютерлік модельдеу қараңғы материяның кеңістікте жіптер мен түйіндерден тұратын өрмек тәрізді нәрсе — так называемая ғарыштық тор — құратынын көрсетеді. Галактикалар дәл осы құрылымның түйіндерінде және жіптері бойында орналасады, ал телескоптардың бақылаулары мұндай таралуды таңғажайып дәлдікпен растайды.
- Қараңғы материя күтпеген жерде аз немесе мүлдем жоқ галактикалар бар. 2018 жылы көрінбейтін заттан дерлік айырылған NGC 1052-DF2 галактикасының ашылуы ғалымдарды таңғалдырды — өйткені стандартты модельдер мұндай объектілердің бар болу мүмкіндігін қарастырмаған еді.
- Сүт жолының ергежейлі серіктес галактикалары қараңғы материяға пропорциясыз бай болып шықты. Олардағы көрінбейтін заттың кәдімгіге қатынасы бірнеше жүзден бірге жетеді, бұл осы кішкентай жүйелерді жұмбақ субстанцияны жанама зерттеу үшін идеалды зертханаларға айналдырады.
- Кейбір теоретиктер қараңғы зат бөлшектері бір-бірімен соқтығысқанда аннигиляцияланып, гамма-сәулелену тудыруы мүмкін деп болжайды. «Ферми» телескопы Галактика орталығынан мұндай сәулеленудің артық мөлшерін тіркейді, алайда ғалымдар оның табиғаты туралы әлі бір пікірге келген жоқ.
- Нейтрино — массасы өте аз нақты бар бөлшектер — ұзақ уақыт бойы қараңғы зат рөліне мүмкін кандидаттар ретінде қарастырылды. Кейіннен олардың жалпы массасы тым аз, ал олардың өздері бақыланатын құрылымдарды құру үшін тым жылдам қозғалатыны анықталды.
- Массивті компактты гало-объектілер — қара құрдымдар, нейтрон жұлдыздары және қоңыр ергежейлілер — туралы нұсқа да жұмбақ массаны түсіндіру ретінде тексерілді. Гравитациялық микролинзалау бойынша бақылаулар мұндай объектілердің қараңғы заттың жалпы мөлшерінің бірнеше пайызынан аспайтынын көрсетті.
- Гравитациялық толқындар ашылғаннан кейін қараңғы материя жұлдыздар қалыптаспас бұрын ерте Ғаламда пайда болған алғашқы қара құрдымдардан тұруы мүмкін деген гипотеза пайда болды. Тіркелген қара құрдымдардың бірігуінің кейбіреулері типтік емес параметрлерге ие, бұл бұл идеяға деген қызығушылықты арттырады, дегенмен ол әлі күнге дейін даулы болып қала береді.
- Кейбір физиктер «қараңғы сектор» тұжырымдамасын — кәдімгіге параллель бөлшектер мен күштердің тұтас жасырын әлемін — әзірлеуде. Мұндай модельдер аясында қараңғы материяның өз «қараңғы фотондары» және тек өз көрінбейтін әлемінде өзара әрекеттесетін «қараңғы ядролары» болуы мүмкін.
- Қараңғы заттың тікелей детекторлары кәдімгі бөлшектер ағынын тау жыныстары экрандауы үшін Жер бетінен бір шақырымнан астам тереңдікте орнатылады. Мұндай қондырғылардың арасында — Италияның Гран-Сассо массивіндегі, Канада шахталарындағы және Қытай таулары астындағы тоннельдердегі зертханалар бар.
- «Джеймс Уэбб» ғарыштық телескопы ең ерте галактикаларды бақылай отырып, қараңғы затты жанама зерттеудің жаңа мүмкіндіктерін ашады. Егер олардың таралуы стандартты модельдің болжамдарымен сәйкес келмесе, бұл көрінбейтін субстанция туралы қазіргі түсініктерді елеулі түрде қайта қарауды талап етуі мүмкін.
- Қызығы, қараңғы зат энергия шығару арқылы суый алмайтындықтан, кәдімгі материя сияқты дискілерге шоғырланбайды. Дәл осы ерекшелік оның галактикалық дисктерге тән жазық құрылымның орнына ауа түріндегі сфералық таралуын түсіндіреді.
- Кейбір модельдер қараңғы зат бөлшектерінің өзара әлсіз өзара әрекеттесуін — так называемая өзара әрекеттесетін қараңғы материяны — рұқсат етеді. Мұндай нұсқа ергежейлі галактикалардың орталықтарындағы бақыланатын тығыздық профильдерін жақсырақ түсіндіреді, мұнда стандартты модель біршама асыра бағаланған мәндерді береді.
- Барлық ұсталмайтындығына қарамастан, қараңғы материя біздің заманымыздың ең ауқымды ғылыми консенсустарының бірінің тақырыбы болып табылады. Галактикалардың айналуынан реликтілік сәулеленуге және ірі масштабты құрылымдарға дейінгі тәуелсіз дәлелдеу желілері бір қорытындыға келеді, бұл оның бар екендігін іс жүзінде даусыз етеді, тіпті табиғаты жұмбақ болып қалса да.
Қараңғы материя заңды түрде біздің ғасырымыз ғылымының шешілмеген негізгі сұрақтарының қатарында орын алады — оның жұмбағы физиканың негіздерін толығымен өзгерте алады. Бұл субстанцияның табиғатын түсіну элементтер бөлшектерінің қазіргі стандартты моделінен шығатын жаңа теорияларға жол ашады. Мүмкін, жауап мүлдем жаңа эксперименттік тәсілдерді немесе тіпті «зат» ұғымының өзін қайта қарауды талап ететін шығар. Ғылым тарихы дәл ең үлкен анықсыздық нүктелерінде біздің ғалам туралы көзқарасымызды өзгертетін ашылыстар жасырынғанын бірнеше рет көрсетті.
