Следы «хамелеона» привели к темной энергии

Астрофизики из Великобритании обнаружили явление, способное пролить свет на природу «темной энергии» - таинственной силы, заставляющей Вселенную расширяться.

В своей работе ученые попытались разрешить один из фундаментальных вопросов современной астрофизики. Исследователи занялись поиском следов темной энергии, которая заставляет Вселенную расширяться. Они также пришли к выводу о существовании неизвестного до сегодняшнего дня поля с необычными свойствами.

Вселенная существовала не всегда

Вплоть до XX века астрономы считали Вселенную бесконечной и однородной. Ученые предполагали, что все вещество сосредоточено в звездах, планетах и туманностях - часть из которых была видна в виде небольших овальных пятнышек.

В первой половине прошлого века эти представления поменялись. Часть туманностей оказалась другими галактиками, в них обнаружились сотни миллиардов других звезд. Астрономы увидели, что галактики удаляются, причем скорость удаления растет вместе с расстоянием от Земли. Ученые проанализировали скорости галактик, после чего пришли к выводу: Вселенная расширяется, и, более того, она существовала не всегда.

Данные об удаляющихся галактиках и другая собранная астрономами информация позволила определить что Вселенная возникла 13,7 млрд лет назад. Ее возраст неоднократно уточнялся с использованием все более точных методов, но это не уже не меняло фундаментального факта: когда-то Вселенной не было. Она возникла в процессе, который получил название Большого Взрыва. От первоначальной картины мира осталось только то, что вся материя сосредоточена в звездах, планетах и облаках газа. К этому перечню добавились черные дыры, квазары и прочие экзотические объекты.

Материя видна не вся

В 1990-х годах и это представление было признано неверным. Изучение движения звезд внутри галактик и ряда эффектов, которые вызывало гравитационное поле, заставило прийти к выводу о том, что большей частью материи является что-то другое. Причем это «что-то» нельзя увидеть или зарегистрировать детекторами: темная материя проявляет себя только за счет сил тяжести. На сегодняшний день достоверно известно, что на один килограмм привычной материи приходится десяток килограмм материи «темной».

Но даже темная материя не может объяснить еще одного факта, с которым столкнулись ученые: Вселенная расширяется с ускорением. Физики утверждают, что это крайне странный эффект. Силы тяготения между галактиками должны были бы, напротив, затормаживать их удаление друг от друга. Увязать массу Вселенной с ее скоростью расширения и тем, что это расширение происходит все быстрее, удается пока лишь за счет принятия еще более странной сущности: темной энергии.

Темная энергия - это нечто, из-за чего Вселенная расширяется. У нее есть масса, но она не притягивает, а отталкивает. Из чего она состоит, на сегодня не знает никто, и у ученых есть только догадки по этому поводу.

Ученые нашли новое поле?

Ученые всего мира пытаются подобрать такие частицы, которые могли бы быть кандидатами на роль частиц темной материи или темной энергии. При этом недостаточно просто предложить частицу с достаточно большой массой: необходимо описать то, как такие частицы взаимодействуют с обычными частицами. Как они влияют на обычное вещество, распространение света и ядерные реакции.

Физики из Великобритании предположили, что частицы темной энергии могут менять массу и при этом быть переносчиком взаимодействия. Если электроны или кварки (из кварков сложены протоны и нейтроны) входят в состав вещества, то фотоны, например, являются частицами поля. Частица, которую предложили британские астрофизики, получила название «хамелеон» из-за своей способности менять массу.

Частица-хамелеон влияет на кванты света?

То, что частица меняет массу, позволяет этому полю по-разному проявлять себя в разных условиях. Вблизи Земли масса новых частиц очень велика, и потому поле, которое с ними связано, практически никак себя не проявляет. Но вдали от галактик гипотетические частицы становятся легче. И тогда их поле начинает проявлять себя намного активнее, и в нем возникают разные необычные эффекты, например нарушение закона всемирного тяготения Ньютона. Или поглощение квантов света за счет взаимодействия с квантами пятого поля и мощным магнитным полем.

Последний эффект обнаружили астрономы. Часть света от ядер других галактик куда-то исчезла, причем объяснить это затухание поглощением в облаке пыли или газа оказалось нельзя. Кванты света могли превратиться в какие-то другие частицы и у физиков помимо модели «хамелеонов» было как минимум еще одно объяснение, впрочем, тоже требующее новых частиц. Однако «хамелеоны» объясняли не просто исчезновение света и ускоренное расширение Вселенной, они также были связаны с поляризацией света.

Поляризация - это положение плоскости, в которой происходят колебания электромагнитного поля. Свет от большинства звезд представляет собой смесь квантов, у которых эта плоскость повернута в разных направлениях. Модель же «хамелеонов» предполагала что свет, прошедший через сочетание «пятого» и магнитных полей окажется поляризован. Именно это предсказание подтвердилось, и гипотеза ученых получила дополнительное подтверждение.

Загадку темной энергии раскроют через 10 лет?

Впрочем, говорить о том, что физикам удалось однозначно найти следы темной энергии пока рано. Теоретики, разработавшие модель «хамелеонов», предложили на небе 121 возможный объект для наблюдения и проверки гипотезы. Пока что проверены только три из них, а остальные предложенные для подтверждения (или опровержения) модели эксперименты будут проведены в ближайшие десять лет. Физики будут наблюдать за движением грузов разной массы на околоземной орбите, за поведением звезд и облаков водорода - если «пятое» поле действительно существует, то оно рано или поздно будет обнаружено.