Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://xray.sai.msu.ru/~polar/html/publications/pop/skrmas.txt Дата изменения: Tue Jul 28 18:24:15 1998 Дата индексирования: Sat Dec 22 04:48:28 2007 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: mars

СКРЫТАЯ МАССА В ГАЛАКТИКАХ

Наша Галактика состоит из 200 миллиардов звезд. Их суммарная
масса в 150 миллиардов раз больше массы Солнца. Газ и другие
объекты Галактики вносят небольшой вклад в общую массу, порядка
10%. Казалось бы, массу галактики определить просто, нужно
лишь оценить количество звезд в ней, что сделать просто, зная
суммарную светимость галактики. Долгое время именно таким
способом и находили массу галактик. Есть, однако еще один
способ оценки массы. Используя эффект Допплера, по
смещению спектральных линий можно вычислить скорость обращения
звезд и газа вокруг центра спиральной галактики (рассмотрим
сначала только галактики - спирали). Кривая зависимости
скорости обращения вещества от расстояния до центра галактики
называется "кривой вращения". Предположим, что основной вклад
в массу галактики вносят звезды. Их количество быстро
уменьшается с увеличением расстояния до центра, так как
быстро уменьшается суммарная яркость звездной компоненты.
Значит, основная масса галактики должна быть сосредоточена в
пределах нескольких килопарсек от центра. Тогда скорость
обращения звезд по галактическим орбитам должна падать с
расстоянием по такому же закону, как и скорость обращения
планет вокруг Солнца - пропорционально расстоянию до центра в
степени -1/2. В действительности же кривые вращения не спадают
на больших расстояниях от центров гвлвктик. Они "плоские" для
большинства спиральных галактик. Для некоторых из них
плоскую кривую вращения удалось проследить до 50-100 Кпк от
центра. Это говорит о том, что уже не звезды, количество
которых уменьшается на окраинах галактик, вносят основной
вклад в массу. Масса должна быть заключена в объектах или
веществе, для которых отношение массы к излучаемой энергии
(светимости) велико по сравнению с обычными звездами. Из-за
малой, а ,возможно, и нулевой светимости, эти объекты или
вещество называют "темной материей" или "скрытой массой". Как
и подобает загадочному названию, природа "скрытой массы" не
выяснена.

Из анализа кривой вращения следует, что скрытая масса в
нашей галактике в 5-7 раз превышает массу "обычного"
вещества. В большинстве спиральных галактик темная материя
преобладает по массе. К такому ж выводу можно придти, изучив
взаимное движение нашей Галактики и Туманности Андромеды.

Эллиптические галактики вращаются медленно и равновесие их
достигается тем, что звезды в них имеют большие случайные
скорости. Эти скорости тем выше, чем дольше масса галактики.
Анализ этих скоростей позволяет получить динамическую массу
галактики. Динамические массы эллиптических галактик также в
несколько раз больше массы их звездного населения. Вокруг
галактик обнаружены "короны" из разреженного и горячего
(порядка 10^7 К) газа. Большое количество газа также указывает
на большую скрытую массу, на невидимые и массивные короны у
галактик. В скоплениях и сверхскоплениях галактик вклад
темной материи в массу еще больше, чем в отдельных галактиках.
Там ее в десятки раз больше обычной массы. В результате
получается, что наша Вселенная в основном заполнена загадочным
темным веществом невыясненной природы.

На роль "носителя" скрытой массы претендует множество
кандидатов. Всех их можно разбить на два больших класса.
Кпервому относится т.н. барионная материя, т.е. те объекты,
которые состоят из электронов, протонов, нейтронов
(т.е. барионов) - обычных элементарных частиц, которые входят
в состав атомов. К этому классу относится слабосветящиеся
карликовые звезды (белые и коричнвые карлики), облака
ионизованного газа, нейтроные звезды, черные дыры и пр.

Ко второму классу принадлежат всевозможные виды небарионной
материи. Это различные элементарные частицы из обширного
"арсенала" физики элементарных частиц. В зависимости от массы
частиц образованная ими темная материя называется горячей,
теплой или холодной. Холодной называют темную материю,
образованную тяжелыми частицами, масса которых намного
превышает массу электрона (около 10^-27 грамм). Горячую темную
материю могут образовать легкие частицы, которые намного легче
электрона.

В 1980 г. группа физиков из Института теоретической физики
АН СССР опубликовала интересные результаты. Они говорили о
том, что нейтрино обладает массой покоя. До этого данную
элементарную частицу считали безмассовой и способной
двигаться только со скоростью света, подобно фотонам, из
которых состоит свет. Нейтрино очень трудно зарегистрировать,
"поймать", т.к. оно очень слабо взаимодействует с веществом.
Для этих частиц и Земля и Солнце практически прозрачны.
Обнаруженная масса нейтрино оказалась в 20 000 раз меньше
массы электрона. Однако и такие легкие частицы могут повлиять
на судьбу Вселенной, если их окажется достаточно много. С
ранней эпохи эволюции во Вселенной остались "реликтовые"
нейтрино (подобно реликтовому излучению). В 1 кубическом
сантиметре сейчас находится около таких нейтрино. Масса
нейтрино (если она есть) во Вселенной более, чем в 10 раз
превышает массу обычного, барионного вещества. Однако в
последнее время появляется все больше аргументов как против
массивности нейтрино, так и против того, что именно они
образуют скрытую массу в отдельных галактиках. Так, было
выяснено, что для отдельных галактик даже массивных нейтрино
не хватает, чтобы объяснить высокие отношения массы к
светимости их темных корон.

Еще один претендент на роль скрытой массы - нейтронные
звезды. Не так давно было обнаружено, что их может быть
довольно много в коронах галактик. Нейтронная звезда
може образоваться из обычной звезды в конце ее эволюционного
пути. Давление внутри звезды может стать таким большим, что
электроны окажутся "вжатыми" в протоны, и образуется объект,
состоящий целиком из нейтронного вещества. Нейтронная звезда
проявляет себя, если находится в паре с обычной звездой. Тогда
он может стать мощным источником излучения - пульсаром. В
коронах галактик множество нейтронных звезд может остаться
незамеченным. Несколько таких объектов обнаружили по отклонению
лучей света далеких звезд в их гравитационном поле. Как и в
других случаях, имеется несколько теоретических и
наблюдательных доводов против того, что темная материя
образована нейтронными звездами.

Иногда отчаянные попытки объяснить скрытую массу приводят
даже к изменению вида фундаментальных законов. Так, например,
существует гипотеза, согласно которой сила гравитационного
притяжения на больших расстояниях уменьшается медленней, чем
это предусмотрено законом Ньютона. Однако такие теории также
встречают много противоречий.

В целом ситуация со скрытой массой в галактиках продолжает
оставаться туманной. Кандидатов на роль темной материи много,
но ни один из них пока не является общепризнанным составляющим
скрытой массы. Пока гораздо легче сказать, чем не является
темная материя. Темная материя продолжает оставаться темной
как в прямом, так и переносном смысле.