Chacun de nous a entendu au moins une fois parler de «matière noire», mais tout le monde n'est pas en mesure d'expliquer correctement de quoi il s'agit. Peut-être n'y aura-t-il pas besoin de ces explications, car les dernières recherches remettent en question l'existence de la «matière noire» en tant que telle.
ANOMALIE GALACTIQUE
L'hypothèse de la «matière noire» a émergé pour tenter de comprendre la nature de l'anomalie observée par les astronomes.
En 1922, le Néerlandais Jacobus Kaptein, étudiant le mouvement des étoiles, est arrivé à la conclusion qu'une partie importante de la matière de la Galaxie est invisible - dans son travail, probablement, le terme «matière noire» a été utilisé pour la première fois. Dix ans plus tard, l'hypothèse a été soutenue par le radioastronome Jan Oort, mais elle s'est généralisée un an plus tard, lorsque l'astrophysicien suisse Fritz Zwicky a calculé les vitesses radiales de huit galaxies situées au bord de l'amas de Coma (constellation de Coma), et a comparé les données obtenues avec des données similaires, mais calculées avec en utilisant la luminosité apparente du cluster. Il a constaté que pour maintenir la stabilité, la masse totale de l'amas doit être quatre cents fois supérieure à la masse de ses étoiles. Sur cette base, Zwicky a suggéré qu'il existe un approvisionnement significatif en matière dans le cluster, qui reste invisible pour nous,mais a le plus fort effet gravitationnel sur les galaxies. Zwicky a commis une erreur dans les calculs d'un ordre de grandeur, mais des mesures plus soignées l'ont confirmé: la masse de l'amas de Coma, si elle est calculée de deux manières différentes, ne converge pas dans le résultat de manière significative!
Cependant, avant de faire des généralisations, il a fallu prouver qu'un tel effet est répandu dans l'espace prévisible. En 1939, l'astronome américain Hores Babok, étudiant la galaxie M 31 la plus proche (Nébuleuse d'Andromède), découvre que la vitesse de rotation des étoiles autour de son centre ne diminue pas, comme le prédit la mécanique céleste, inversement proportionnelle au carré de la distance, mais reste quasi constante. Cela signifie que la galaxie sur toute sa longueur contient une masse importante de matière invisible. Babok, cependant, n'a pas associé l'anomalie à une "matière noire" incompréhensible, mais a suggéré que dans la partie externe de M 31 certains processus se produisent qui modifient sa dynamique.
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Les astronomes sont revenus sur l'hypothèse de la "matière noire" dans les années 1960, lorsque de nouveaux instruments précis pour étudier l'Univers sont apparus. Et en 1975, Vera Rubin et Kent Ford ont pris la parole lors d'une conférence de l'American Astronomical Society, qui a déclaré qu'ils avaient réussi à obtenir des données fiables indiquant un décalage important entre la théorie de la distribution de masse dans les galaxies et la réalité observée. Les scientifiques ont utilisé le spectrographe le plus moderne, qui a permis de déterminer la vitesse de rotation des branches des galaxies spirales même «vues du bord». Et ils ont découvert que la grande majorité des étoiles dans les galaxies se déplaçaient sur leurs orbites avec la même vitesse angulaire, confirmant l'incroyable hypothèse: la densité de masse dans les galaxies est uniformément répartie. Après encore trois ans, les observations ont été confirmées indépendamment.et en 1980, la communauté astronomique a finalement reconnu la validité des conclusions. Dans le même temps, Rubin a établi que pour que la théorie soit cohérente avec la pratique, les galaxies doivent contenir une quantité de matière invisible six fois plus grande que ce que nous pouvons voir à travers les télescopes.
Au même moment, d'autres preuves ont commencé à arriver. Premièrement, l'étude du mouvement dans les systèmes de galaxies doubles a révélé l'influence colossale de la «matière noire», violant clairement les lois classiques de la mécanique céleste. Deuxièmement, sans la présence de «matière noire», les galaxies elliptiques perdraient rapidement leur gaz chaud, ce qui n'est pas observé. Troisièmement, la «matière noire» elle-même plie la lumière, ce qui se révèle sous l'effet de la lentille gravitationnelle.
Aujourd'hui, il est généralement admis que la part de «matière noire» est de 84,5% de toute la matière contenue dans l'univers.
RECHERCHE DE L'INCONNU
L'idée de «matière noire» s'est avérée très demandée par les cosmologistes lorsqu'ils n'ont pas pu détecter l'inhomogénéité du rayonnement relique (fond cosmique hyperfréquence) prédite par la théorie de l'origine de l'Univers et expliquer l'apparition de structures galactiques à travers cela. L'introduction de certaines particules dans le modèle, qui n'interagissent quasiment pas avec la matière ordinaire, mais très lourdes, a permis de contourner la difficulté qui s'était présentée. Cependant, au début des années 1990, l'inhomogénéité du rayonnement relique a néanmoins été révélée à l'aide de l'observatoire orbital COBE. Il semblait que la question était close, mais la «matière noire» a déjà tellement fasciné les scientifiques qu'ils ne l'ont pas abandonnée, mais, au contraire, se sont mis à la recherche d'un «porteur» au niveau subatomique.
Le problème est que la "matière noire" n'interagit pas avec le rayonnement électromagnétique (y compris la lumière visible), elle ne peut donc pas être détectée par les méthodes traditionnelles. Pire, l'étude du mouvement de quatre cents étoiles situées dans un rayon de 13000 années-lumière du Soleil n'a montré aucune influence de la «matière noire», et les scientifiques ont dû conclure qu'elle est négligeable dans notre région de l'espace (environ 500 grammes sur le volume du globe), c'est-à-dire que l'enregistrement d'une particule d'une telle substance est incroyablement difficile, voire impossible. Les physiciens ont tenté de résoudre le problème théoriquement, en définissant les paramètres d'une substance hypothétique basée sur le modèle standard des particules élémentaires. Les neutrinos (mais ils sont trop légers) et des particules hypothétiques telles que les axions, les cosmons, les gravitons, les geijinos, les wimps, ont été considérés comme des candidats.monopôles magnétiques, etc. La distribution observée de la «matière noire» dans l'espace soulève également des questions: après tout, si elle interagit avec la matière ordinaire par gravité, elle devrait être attirée vers les centres des galaxies de la même manière que la matière ordinaire, mais cela ne se produit pas.
Il est clair que l'étrangeté du comportement de la «matière noire» suscite des protestations instinctives de la part d'un certain nombre de physiciens qui refusent de reconnaître son existence, expliquant les anomalies dans la distribution des masses galactiques par d'autres moyens. Par exemple, Vera Rubin susmentionnée estime qu'il est plus sage d'affiner les théories classiques que d'introduire une classe fondamentalement nouvelle de particules subatomiques dans le modèle. Elle est partisan de Modified Newtonian Dynamics (MOND), proposé par Mordechai Milgrom en 1983 et encore marginal.
Cependant, les dernières recherches, semble-t-il, obligeront bientôt le monde scientifique à reconsidérer son attitude à l'égard de la «matière noire». Un groupe de physiciens de l'Université de Case Western Reserve (Cleveland, Ohio) a publié un article le 19 septembre 2016, qui analyse les résultats des observations de 153 galaxies à l'aide du télescope infrarouge Spitzer, et les deux galaxies spirales comme la nôtre et les galaxies de forme irrégulière sont tombées dans le champ de vision. et les galaxies géantes et naines. L'étude a été réalisée afin de clarifier le degré d'influence de la "matière noire" sur la rotation des étoiles. Et tout à coup, il s'est avéré qu'il n'y avait aucune influence, et les anomalies connues étaient parfaitement expliquées par la distribution de la matière normale.
Les auteurs de la découverte suggèrent que leurs résultats sont fondamentalement en contradiction avec les précédents, car pour la première fois, des images dans le domaine infrarouge ont été utilisées pour estimer la masse d'objets astronomiques éloignés, et non en lumière visible. Beaucoup de ces objets semblent très pâles, ce qui a probablement conduit à des erreurs dans le calcul de leur masse réelle.
Si les données sont confirmées, alors le modèle cosmologique, qui est basé sur l'hypothèse de l'existence de la «matière noire», peut être rejeté en toute sécurité, et même sans recourir à la révision de la physique classique.
Anton Pervushin