Галактики в скоплениях вращаются слишком быстро, и при этом скопления не распадаются. Звезды, расположенные на краях спиральных галактик, вращаются вокруг них быстрее, чем предсказывает теория, и при этом не улетают прочь. Запасы невидимого вещества с его дополнительной гравитацией могут держать эти галактики и звезды в равновесии. Поскольку все, от протонов до планет, участвуют в гравитационном взаимодействии, темное вещество теоретически может состоять из чего угодно. Многие астрономы поддерживают мысль о том, что темное вещество состоит из более или менее обычного вещества - множества слабых коричневых карликов, или, возможно, темных планет типа Юпитера.
С другой стороны, большое количество физиков убеждено в том, что невидимое вещество состоит из элементарных частиц (см. таблицу 1). В течение долгих экспериментов ученые пришли к выводу, что их экспериментальные устройства могут быть немного модифицированы, чтобы сделать возможным изучать некоторые из частиц темного вещества. Слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs), частицы темной материи должны пролетать сквозь детектор со скоростью 320 км/с. С каждым мгновением миллионы этих мельчайших пылинок, по некоторым вычислениям, могут пролетать через каждый квадратный сантиметр космоса. Предполагается, что, когда интенсивный поток WIMPs будет пролетать через кристалл (германий и силикон), одна из частиц будет время от времени ударять в ядро кристаллической решетки и решетка начнет вибрировать из-за толчков, поскольку WIMPs, по расчетам, должны иметь массу примерно такую же, как атом. Небольшое количество энергий ударов будет передано электронам в кристалле, заставляя их перемещаться. Каждый кристалл смонтирован со свинцовой батареей и эффект наблюдается посредством помещения в него электрического поля и измерения потока заряда - метод, известный как ионизационное обнаружение. Поскольку почти все WIMPs просто пролетят сквозь кристалл, как если бы его не было, то результаты будут слабыми. Один кристалл весом 900 г может испытать от 1 до 1000 взаимодействий с WIMPs каждый день, независимо от природы WIMPs.
Гипотетическая частица, используемая в физике для решения некоторых проблем, появляющихся при моделировании сильного взаимодействия - взаимодействия, которое удерживает атомные ядра от распада. Один аксион может быть более чем в триллион раз легче электрона, но в каждом кубическом сантиметре их может быть сто миллиардов. WIMPs могут аннигилировать в темном гало Млечного Пути, испуская гамма-лучи, антипротоны и позитроны. Такую радиацию можно зафиксировать, но пытаться выделить этот сигнал из общей какофонии излучений нашей Галактики едва ли проще, чем обнаружить WIMPs в лаборатории.
Нейтринная астрофизика изучает физические процессы в космических объектах, происходящие с участием нейтрино. Проблемы регистрации космических нейтрино  относятся к нейтринной астрономии.
Нейтрино естественного происхождения во Вселенной имеют три принципиально различающихся по своей природе источника. На ранних стадиях горячей Вселенной, в течение приблизительно 1 секунды после начала ее расширения, нейтрино находились в тепловом равновесии с веществом. От этой эпохи нам остался сильно остывший с тех пор газ космологических нейтрино (реликтовые нейтрино).
В обычных звездах типа Солнца нейтрино рождаются в ядерных реакциях, обеспечивающих наблюдаемую светимость звезд. При взрывах сверхновых звезд и звездных гравитационных коллапсах температура в центре звезды поднимается настолько, что рождаются позитроны и даже  -мезоны (пионы) и мюоны, которые образуют нейтрино в реакциях
 ,
 ,
 .
Энергии этих звездных нейтрино находятся в основном в диапазоне от долей до нескольких десятков мегаэлектронвольт. Нейтрино рождаются также космическими лучами. Ускоренные до высоких энергий протоны или более тяжелые ядра, сталкиваясь с ядрами атомов или с низкоэнергетическими фотонами, производят  и К-мезоны, в результате распада которых возникают космические нейтрино высоких энергий. Их энергетический диапазон, доступный регистрации, простирается от нескольких десятков гигаэлектронвольт до, возможно, 1015 - 1016 эВ.
Данные о массах компонентов двойных звезд неоценимы для установления статистической зависимости между абсолютной болометрической величиной звезды и ее массой - зависимости, которая вытекает из современной теории внутреннего строения звезд и источников энергии звезд. Эта зависимость служит для определения масс одиночных звезд по их светимостям (иначе, по их абсолютным болометрическим звездным величинам Мбол). Масса коричневого карлика оценивается как 0,05 .
Нейтронные звезды - это гидростатически равновесные звезды, вещество которых состоит в основном из нейтронов. Существование нейтронных звезд было предсказано в 30-х годах XX века, вскоре после открытия нейтрона. Однако только в 1967 году они были обнаружены в виде импульсных источников радиоизлучения - пульсаров. Затем было установлено, что нейтронные звезды проявляют себя так же, как рентгеновские пульсары (1971 год) и вспышечные источники рентгеновского излучения - барстеры (1975 год). Не исключено, что на одной из стадий существования нейтронные звезды являются источниками гамма-всплесков. К 1984 году было открыто около 400 нейтронных звезд, из них около 20 в виде рентгеновских пульсаров, около 40 в виде барстеров, а остальные в виде обычных радиопульсаров.
Черная дыра - область пространства, в которой поле тяготения настолько сильно, что вторая космическая скорость (параболическая скорость) для находящихся в этой области тел должна была бы превышать скорость света, то есть из черной дыры ничто не может вылететь - ни излучение, ни частицы, ибо в природе ничто не может двигаться со скоростью, большей скорости света. Границу области, за которую не выходит свет, называют горизонтом черной дыры. Для того чтобы поле тяготения смогло "запереть" излучение, создающая это поле масса должна сжаться до объема с радиусом, меньшим гравитационного радиуса
Гравитационный радиус чрезвычайно мал даже для больших масс (например, для Солнца, имеющего массу 2*1033 г, rg = 3 км).
Поле тяготения черной дыры описывается теорией тяготения Эйнштейна. Согласно этой теории, вблизи черной дыры геометрические свойства пространства описываются неэвклидовой (римановой) геометрией, а время течет медленнее, чем вдали, вне сильного поля тяготения.
По современным представлениям, массивные звезды (с массой в несколько масс Солнца и больше), заканчивая свою эволюцию, могут в конце концов сжаться (сколлапсировать) и превратиться в черную дыру.
Если "скрытая масса" состоит из компактных звездных объектов (MACHOS, см. табл. 1), то они могут быть обнаружены по эффекту гравитационной фокусировки, то есть будут действовать как гравитационные линзы, отклоняя и усиливая свет далеких звезд или галактик.
Назад | Вперед
Написать комментарий
|
