Fjerne forfedre moderne innbyggere på planeten Jorden trodde at det var det største objektet i universet, og den lille solen og månen dreide seg rundt den på himmelen dag etter dag. De minste formasjonene i rommet så ut til å være stjerner, som ble sammenlignet med små lysende punkter festet til himmelhvelvet. Århundrer har gått, og menneskets syn på universets struktur har endret seg dramatisk. Så hva vil moderne forskere nå svare på spørsmålet om hva som er størst romobjekt?
Alder og struktur av universet
I følge de siste vitenskapelige dataene har universet vårt eksistert i omtrent 14 milliarder år, dette er perioden hvor dets alder beregnes. Etter å ha begynt sin eksistens på et punkt med kosmisk singularitet, hvor materiens tetthet var utrolig høy, nådde den, stadig utvidet, sin nåværende tilstand. I dag antas det at universet er bygget av bare 4,9 % av det vanlige og kjente stoffet som alle astronomiske objekter som er synlige og oppfattes av instrumenter er sammensatt av.
Tidligere utforsket rom og bevegelse himmellegemer, hadde gamle astronomer muligheten til å stole kun på sine egne observasjoner, ved å bruke bare enkle måleinstrumenter. Moderne forskere, for å forstå strukturen og størrelsen til ulike formasjoner i universet, har kunstige satellitter, observatorier, lasere og radioteleskoper, de mest sofistikerte sensorene. Ved første øyekast ser det ut til at det ved hjelp av vitenskapelige prestasjoner slett ikke er vanskelig å svare på spørsmålet om hva som er det største romobjektet. Dette er imidlertid ikke i det hele tatt så lett som det ser ut til.
Hvor er det mye vann?
Etter hvilke parametere skal vi bedømme: etter størrelse, vekt eller mengde? For eksempel ble den største vannskyen i verdensrommet oppdaget fra oss i en avstand som lyset reiser på 12 milliarder år. Den totale mengden av dette stoffet i form av damp i en gitt region av universet overstiger alle reserver jordens hav 140 billioner ganger. Det er 4 tusen ganger mer vanndamp der enn det som finnes i hele galaksen vår, kalt Melkeveien. Forskere mener at dette er den eldste klyngen, dannet lenge før tidene da jorden vår som planet dukket opp for verden fra soltåken. Dette objektet, med rette klassifisert som en av universets giganter, dukket opp nesten umiddelbart etter fødselen, like etter en milliard år eller kanskje litt mer.
Hvor er den største massen konsentrert?
Vann antas å være det eldste og mest tallrike elementet, ikke bare på planeten Jorden, men også i dypet av verdensrommet. Så hva er det største romobjektet? Hvor er det mest vann og annen materie? Men det er ikke slik. Den nevnte dampskyen eksisterer bare fordi den er konsentrert rundt utstyrt med enorm masse svart hull og holdes av tiltrekningskraften. Tyngdefeltet nær slike kropper viser seg å være så sterkt at ingen gjenstander er i stand til å forlate grensene sine, selv om de beveger seg med lysets hastighet. Slike "hull" i universet kalles svart nettopp fordi lyskvanter ikke er i stand til å overvinne en hypotetisk linje kalt hendelseshorisonten. Derfor kan de ikke sees, men en enorm masse av disse formasjonene gjør seg stadig gjeldende. Størrelsene på sorte hull, rent teoretisk, er kanskje ikke veldig store på grunn av deres fantastiske tetthet. Samtidig er en utrolig masse konsentrert i et lite punkt i rommet, og derfor oppstår tyngdekraften i henhold til fysikkens lover.
De sorte hullene som er nærmest oss
Vår opprinnelige Melkevei er klassifisert av forskere som en spiralgalakse. Selv de gamle romerne kalte den "melkeveien", siden den fra planeten vår har det tilsvarende utseendet som en hvit tåke, spredt ut på himmelen i nattens mørke. Og grekerne kom opp med en hel legende om utseendet til denne stjerneklyngen, der den representerer melk som spruter fra brystene til gudinnen Hera.
Som mange andre galakser er det sorte hullet i sentrum av Melkeveien en supermassiv formasjon. De kaller det "Skytten A-stjerne". Dette er et ekte monster som bokstavelig talt sluker alt rundt seg med sitt eget gravitasjonsfelt, og akkumulerer innenfor sine grenser enorme materiemasser, mengden som stadig øker. Imidlertid viser den nærliggende regionen seg, nettopp på grunn av eksistensen av den angitte retraktortrakten i den, å være et veldig gunstig sted for utseendet til nye stjerneformasjoner.
Den lokale gruppen, sammen med vår, inkluderer også Andromedagalaksen, som er nærmest Melkeveien. Den tilhører også spiralen, men flere ganger større og inkluderer omtrent en billion stjerner. For første gang i skriftlige kilder gamle astronomer, ble det nevnt i verkene til den persiske forskeren As-Sufi, som levde for mer enn tusen år siden. Denne enorme formasjonen dukket opp for den nevnte astronomen som en liten sky. Det er for dets utseende fra jorden at galaksen også ofte kalles Andromedatåken.
Selv mye senere kunne forskerne ikke forestille seg omfanget og størrelsen på denne stjerneklyngen. I lang tid ga de denne kosmiske formasjonen relativt sett liten i størrelsen. Avstanden til Andromedagalaksen ble også betydelig nedprioritert, selv om faktisk avstanden til den er iht. moderne vitenskap, avstanden som til og med lys reiser over en periode på mer enn to tusen år.
Supergalakse og galaksehoper
Det meste stor gjenstand i verdensrommet kan betraktes som en hypotetisk supergalakse. Teorier har blitt fremsatt om dens eksistens, men vår tids fysiske kosmologi anser dannelsen av en slik astronomisk klynge som usannsynlig på grunn av umuligheten av gravitasjonskrefter og andre krefter til å holde den som en helhet. Imidlertid eksisterer det en superklynge av galakser, og i dag anses slike objekter som ganske ekte.
Et lyspunkt på himmelen, men ikke en stjerne
Fortsetter søket etter noe bemerkelsesverdig i rommet, la oss nå stille spørsmålet annerledes: hva er mest stor stjerne i himmelen? Og igjen vil vi ikke umiddelbart finne et passende svar. Det er mange merkbare gjenstander som kan identifiseres med det blotte øye på en vakker fin natt. En av dem er Venus. Dette punktet på himmelen er kanskje lysere enn alle de andre. Når det gjelder glødeintensitet, er den flere ganger større enn planetene nær oss, Mars og Jupiter. Den er nummer to i lysstyrke bare etter Månen.
Venus er imidlertid ikke en stjerne i det hele tatt. Men det var veldig vanskelig for de gamle å merke en slik forskjell. Med det blotte øye er det vanskelig å skille mellom stjerner som brenner av seg selv og planeter som lyser med reflekterte stråler. Men selv i antikken For eksempel forsto greske astronomer forskjellen mellom disse objektene. De kalte planetene "vandrende stjerner" fordi de beveget seg over tid langs løkkelignende baner, i motsetning til de fleste himmelske nattlige skjønnheter.
Det er ikke overraskende at Venus skiller seg ut blant andre objekter, fordi det er den andre planeten fra solen, og den nærmest jorden. Nå har forskere funnet ut at selve Venus-himmelen er fullstendig dekket av tykke skyer og har en aggressiv atmosfære. Alt dette gjenspeiler perfekt solstråler, som forklarer lysstyrken til dette objektet.
Stjernegigant
Den største stjernen som er oppdaget av astronomer til dags dato er 2100 ganger større enn solen. Den avgir en karmosinrød glød og befinner seg i Dette objektet ligger i en avstand på fire tusen lysår fra oss. Eksperter kaller det VY Canis Majoris.
Men en stjerne er bare stor i størrelse. Forskning viser at dens tetthet faktisk er ubetydelig, og massen er bare 17 ganger vekten av stjernen vår. Men egenskapene til dette objektet forårsaker voldsom debatt i vitenskapelige kretser. Stjernen antas å utvide seg, men mister lysstyrken over tid. Mange eksperter uttrykker også den oppfatning at den enorme størrelsen på objektet faktisk på en eller annen måte bare virker slik. Optisk illusjon oppstår på grunn av tåken som omslutter stjernens sanne former.
Mystiske romobjekter
Hva er en kvasar i verdensrommet? Slike astronomiske objekter viste seg å være et stort puslespill for forskere fra forrige århundre. Dette er svært lyse kilder til lys og radiostråling med relativt liten vinkeldimensjoner. Men til tross for dette, med sin glød overstråler de hele galakser. Men hva er grunnen? Det antas at disse objektene inneholder supermassive sorte hull omgitt av enorme gasskyer. Gigantiske synkehull absorberer materie fra rommet, på grunn av hvilket de stadig øker massen. Slik tilbaketrekking fører til en kraftig glød og, som en konsekvens, til enorm lysstyrke som følge av bremsing og påfølgende oppvarming av gasskyen. Det antas at massen til slike objekter overstiger solmassen med milliarder av ganger.
Det er mange hypoteser om disse fantastiske gjenstandene. Noen mener at dette er kjernene til unge galakser. Men det som virker mest spennende er antagelsen om at kvasarer ikke lenger eksisterer i universet. Faktum er at gløden som jordiske astronomer kan observere i dag, nådde også planeten vår en lang periode. Det antas at den nærmeste kvasaren til oss ligger i en avstand som lyset måtte reise over tusen millioner år. Dette betyr at det på jorden bare er mulig å se "spøkelser" av de objektene som eksisterte i det store rommet i utrolig fjerne tider. Og da var universet vårt mye yngre.
Mørk materie
Men dette er ikke alle hemmelighetene som den enorme plassen beholder. Enda mer mystisk er dens "mørke" side. Som allerede nevnt, er det svært lite vanlig materie kalt baryonisk materie i universet. Det meste av massen består, som det er foreslått for øyeblikket, av mørk energi. Og 26,8 % er okkupert av mørk materie. Slike partikler er ikke underlagt fysiske lover, noe som gjør dem for vanskelige å oppdage.
Denne hypotesen er ennå ikke fullstendig bekreftet av strenge vitenskapelige data, men oppsto i et forsøk på å forklare ekstremt merkelige astronomiske fenomener assosiert med stjernetyngdekraften og universets utvikling. Alt dette gjenstår å se bare i fremtiden.
Oppdaget for flere år siden ser VIRGOHI21 ut til å være den første "mørke galaksen" som ble oppdaget, bestående av mørk materie.
Oppdaget i 2000 i stjernebildet Jomfruen, i en avstand på omtrent 50 millioner lysår fra oss, tiltrekker objektet VIRGOHI21 astronomenes oppmerksomhet. Forskere ble først mistenksomme mens de studerte formen til den uvanlige, nærliggende spiralgalaksen NGC 4254. De virvlende gassstrømmene og galaksens vridde arm er tegn på en gigantisk kosmisk kollisjon forårsaket av et massivt (opptil 100 milliarder solmasser) objekt som passerte forbi NGC 4254 de siste 100 millioner årene. Imidlertid klarte ikke astronomer å oppdage noen synlig andre deltaker i kollisjonen med en passende masse.
Mørk galaksekart VIRGOHI21
Slik stor gjenstand ville absolutt være synlig ikke bare av astronomiske laboratorier, men også av enkle moderne amatørteleskoper. Det er imidlertid ingen galakse på ønsket sted; Dessuten finnes ingen stjerner der i det hele tatt. I flere år har ulike forklaringer på det observerte fenomenet blitt fremsatt, testet og avvist.
Den nærliggende galaksen NGC 4254 er tydelig påvirket av VIRGOHI21: en av dens armer er deformert
Den første publikasjonen om observasjonen av VIRGOHI21, som dukket opp for flere år siden, forårsaket mange skeptiske anmeldelser, og astronomer måtte utføre alle mulige tester for å prøve å oppdage stjerner i denne "mørke galaksen". Et internasjonalt team av astronomer ledet av Robert Minchin gjorde nøye observasjoner av mystisk gjenstand, som kombinerer data samlet inn av Westerbork Radio Telescope (WSRT) og det kretsende Hubble-observatoriet. De siste observasjonene bekrefter imidlertid at det ikke er stjerner i den massive VIRGOHI21, og vanlig materie (for det meste nøytralt hydrogen) utgjør maksimalt 0,2 % av massen.
Det ser ut til at forskere endelig har vært i stand til eksperimentelt å demonstrere eksistensen av massive ansamlinger av mørk materie, som er inkludert i den teoretiske standardmodellen til universet. I følge den utgjør vanlig materie omtrent 5 % av massen til universet, mens mørk materie utgjør omtrent 25 % (resten er vakuumenergi). Ved å tiltrekke vanlig materie kan mørk materie bidra til dannelsen av galakser, og "mørke galakser" kan bli utbredte satellitter av vanlig materie, inkludert vår.
I tillegg ble mørk materie nylig oppdaget rundt en gigantisk kollisjon av flere galaksehoper: «Den Dark Ring». Det er andre bevis for eksistensen av mørk materie: «Tvingende bevis».
http://www.popmech.ru/part/?articleid=2286&rubricid=3
Jomfru I satellittgalakse
Et internasjonalt team av astronomer ledet av Daisuke Homma fra Astronomical Institute ved Tohoku University (Japan) har oppdaget et objekt som følger Melkeveien på sin vei gjennom universet (merk: vår galakse, sammen med nabolandet Andromeda og Triangulum, danner Lokal gruppe, som beveger seg synkront i en ukjent retning, sannsynligvis under påvirkning av et supermassivt objekt).
Funnet er klassifisert som en dvergkulegalakse Jomfru I. Dens størrelse er bare 248 lysår i diameter og avstanden fra solen er 280 000 lysår. 
Lokal gruppe
Selv om bevegelsesretningen til den lokale gruppen ikke er kjent, kan vi studere våre små følgesvenner - dvergkuleformede galakser (dSph), som følger den lokale gruppen i sin bevegelse. Ved å studere disse galaksene kan vi bedre forstå tyngdekraftens natur og essensen av mørk materie, som antagelig holder disse galaksene sammen.
Nær Melkeveien Rundt 50 satellittgalakser er allerede oppdaget, og rundt 40 av dem er svake, det vil si i stor grad sammensatt av mørk materie. Disse 40 galaksene tilhører klassen dvergkuleformede galakser.
Satellittgalakser i Melkeveien, inkludert Virgo I-galaksen. Blå firkanter indikerer LMC og MMC, lagt merke til av våre forfedre tilbake i forhistorisk tid
Oppdagelsen av japanske astronomer, Jomfru I, er en av de mørkeste galaksene som er oppdaget til dags dato. Dette betyr at andelen mørk materie i den er veldig stor. Faktisk forklarer dette faktum hvorfor denne galaksen så langt har det ikke vært mulig å legge merke til.
Etter en slik oppdagelse tror forskerne at Melkeveien vår kan ha mye mer flere satellitter enn vi forventet. Antallet galakser rundt oss, nesten usynlige for øynene våre, som hovedsakelig består av mørk materie, kan være veldig stort. Kanskje rundt oss hundrevis slike galakser.
Oppdagelsen av en stor mørk galakse rett ved siden av oss er nøkkelen til å løse problemet med manglende satellitter. Faktisk, basert på numerisk kosmologisk modellering, burde mørk materie i universet fordeles i en hierarkisk klynge, noe som gir opphav til galaktiske haloer av mindre og mindre størrelser. Faktiske observasjoner fra astronomer gir oss imidlertid et annet bilde enn teorien forutsier. Ifølge observasjoner er det ganske tilstrekkelig antall galakser i verdensrommet normal størrelse for den forutsagte fordelingen matematisk modell, men tydeligvis ikke nok dverggalakser. Antall dverggalakser vi observerer er ca i en størrelsesorden mindre enn forventet. Se regnestykket til Anatoly Klypin og Andrey Kravtsov fra State University New Mexico (USA) med kolleger.
Digitalkamera Hyper Suprime-Cam sammenlignet med en liten jente 158 cm høy
Vitro I er en av de mørkeste galaksene som er funnet til dags dato. Det som er bra med denne oppdagelsen er at den gir oss håp om oppdagelsen av andre dvergkulegalakser nær Melkeveien, som det burde være rundt 500 av. Kanskje vil mange slike gjenstander bli funnet i nær fremtid. Deres masse og plassering vil tillate oss å bedre forstå hvordan mørk materie er fordelt i universet. Spesielt nær galaksen vår. Hvordan Melkeveien ble dannet og hvilken rolle har mørk materie i dette.
Det fantastiske med moderne vitenskap er at det er nesten i større grad De er interessert i de fenomenene og fenomenene som så langt bare eksisterer i hypoteser, snarere enn de som er reelle og har blitt observert i lang tid. Når det gjelder studiet av rommet, er denne tilnærmingen den vanligste og er spesielt tydelig i vurderingen av problemet med mørke galakser.
Den mørke siden av universet
Hypotesen om eksistensen av mørke galakser er basert på erkjennelsen av eksistensen i universet av et stoff som er motsatt av materie, materie - antimaterie, mørk materie. Mørk materie i seg selv er gitt og trenger ikke bevis - vanlige galakser og stjernesystemer, inkludert vårt solsystem, består av både materie og antimaterie. Men de observerte galaksene, der det er et stort antall stjerner, har en betydelig andel materie i deres "sammensetning" (kosmisk støv, asteroider 
, planeter og deres satellitter, stjerner). Det ville være logisk å anta at det er galakser der forholdet mellom materie og antimaterie er forskjellig og det er mye mer mørk materie i dem enn materie selv.
Selvfølgelig dukket en slik antagelse opp, den tok form i hypotesen om mørke galakser, som formulerte at mørke galakser er galakser der antimaterieinnholdet 
overskrider innholdet av materie, er det svært få stjerner til stede eller til og med ingen i det hele tatt. Dessuten er de strukturelle forbindelsene i slike galakser på en eller annen måte, fortsatt ukjent for vitenskapen, dannet av mørk materie. Offisielle bevis Det er ingen mørke galakser ennå, men dette problemet er gjenstand for alvorlig Vitenskapelig forskning, siden det er indirekte tegn på mørke galakser. Faktum er at galakser beveger seg i universet og ofte påvirker hverandre med sine gravitasjonsfelt, som får stjernene til å bevege seg. Og det er flere tilfeller når bevegelsene til stjerner, karakteristisk for påvirkningen av tyngdekraften til en annen galakse, er tydelige, men ingen annen galakse er synlig i nærheten. Kanskje er det mørke galakser som har denne effekten. Men det er direkte motsatte meninger om hvor mange mørke galakser det kan være: fra antagelsen om at det er tjue ganger mørke galakser færre galakser vanlige, til versjonen at det er hundre ganger flere mørke galakser enn "normale" galakser.
Contender: The Core of the Invisible Galaxy
Det er flere kandidater som kan anses som en bekreftelse på hypotesen om den mørke galaksen; tre av dem kan skilles fra hverandre. Objekt under kodenavn HE0450-2958, som er en kvasar med uforklarlige egenskaper. En kvasar er navnet gitt til kjernen i en galakse, preget av en uvanlig sterk glød, som i sin intensitet kan overstige den totale lysstyrken til alle stjernene i mange galakser. Så denne kvasaren oppfyller alle betingelsene for kjernen til en galakse, bortsett fra én - ingen galakse ble oppdaget i nærheten av den. Den galaktiske kjernen er til stede, men selve galaksen kan ikke oppdages.
Naturligvis inspirerte dette fenomenet sterkt tilhengere av hypotesen om den mørke galaksen - etter deres mening er det en galakse rundt kvasaren, den består bare hovedsakelig av mørk materie 
kan derfor ikke oppdages. reiste seg og alternative meninger, den mest fornuftige av disse er at galaksen faktisk eksisterer, bare på grunn av påvirkningen fra et nærliggende sort hull er den så liten at den ikke er synlig fra jorden på grunn av den sterke gløden fra sin egen kjerne, kvasaren. Imidlertid er denne versjonen foreløpig ikke bekreftet av observasjonsdata: ingen tegn til en "normal galakse" er funnet i det hele tatt, noe som er mistenkelig selv med tanke på sorte hull-faktoren.
Jomfruen Challenger
Den andre utfordreren, som bærer "navnet" VIRGOHI21, er enda mer mystisk enn den første utfordreren for æren av å bli en bekreftet mørk galakse. I så fall er det i det minste et synlig fenomen, en kvasar, men her er det vanlig å snakke bare om et "objekt" i stjernebildet Jomfruen. For flere år siden, da man observerte en av galaksene i denne konstellasjonen, ble det oppdaget utvilsomme spor av aktiv gravitasjonspåvirkning på denne galaksen, og noen forskere uttrykte til og med meningen om en kollisjon av galakser. Men forskerne kunne ikke se noen andre galakse i dette området, som ligger i en avstand på 50 millioner lysår fra Jorden.
Etter det gjengitte å dømme synlig galakse påvirkninger, objektet som hadde denne innflytelsen må være en galakse, og deres interaksjon varer i minst hundre millioner år. Men på stedet der dette objektet er hypotetisk plassert, selv med bruk av de mest moderne og kraftige teleskopene, kan de fortsatt ikke oppdage en eneste synlig stjerne. Det eneste alternativet motstandere av ideen om eksistensen av mørke galakser kan tilby, er en ganske kaotisk antagelse om at objektet VIRGOHI21 kan være et slags "stykke" av antimaterie, som av en eller annen grunn ble dannet på tidlige stadier universets historie og har reist over dets vidder siden den gang.
Utfordrer: Dverggalaksen
Æren å bli kalt den tredje utfordreren for retten til å være en mørk galakse tilhører en dverggalakse, som er en satellitt av Melkeveien og utpekt som Segue 1. På tidspunktet for den første oppdagelsen av denne galaksen, i 2008, det var en oppfatning om at det ikke var en galakse i det hele tatt, men ganske enkelt en tilfeldig klynge stjerner som på en eller annen måte "falt ut" av Melkeveien. Siden bare rundt tusen synlige stjerner ble oppdaget, noe som er utrolig lite for en "normal" galakse. Men etter at data om massen til Segue 1 og bevegelseshastigheten til stjernene i den ble oppnådd, ble de første engstelige samtalene om at dette kanskje var en mørk galakse mye mer selvsikre.
Faktum er at massen til den antatte dverggalaksen er 3400 ganger større enn den maksimale massen som ifølge beregninger de synlige stjernene som befinner seg i den skal ha. Når det gjelder bevegelsen til disse stjernene, hvis det bare var tusen av de samme stjernene i et gitt område av universet, ville de alle beveget seg i forhold til Melkeveien med ca. lik hastighet 209 kilometer i sekundet. Men forskjellige stjerner i Segue 1 er det en rekke hastigheter, som varierer fra 194 kilometer per sekund til en hastighet på 224 kilometer per sekund. Dette betyr at det er en enorm mengde "noe" i den aktuelle galaksen som gir forskjellige stjerner forskjellige hastigheter. Det er sannsynlig at dette "noe" er mørk materie, i så fall er Segue 1 en mørk galakse.
Alexander Babitsky
Mørk materie er ikke bare et mysterium, men også en nøkkel til å løse noen problemer. Til tross for at astronomer brukte ganske lang tid på å forstå viktig rolle mørk materie i universet, jeg personlig innså dette veldig raskt. I 1978, ved University of California i Berkeley, i mitt første etterutdanningsprosjekt, bestemte jeg banehastighetene til stjernedannende gigantiske molekylskyer i den ytre skiven av galaksen vår. Etter å ha utviklet den mest nøyaktige metoden for å måle disse hastighetene, begynte jeg å plotte resultatene (for hånd på millimeterpapir!) i fellesrommet til astronomiavdelingen. I det øyeblikket var ytterligere to galaktiske spesialister i rommet - Frank Shu og Ivan King. De så på mens jeg plottet hastighetene til de ytre skyene, og det resulterende mønsteret viste oss at galaksen er veldig rik på mørk materie, spesielt i de ytre områdene. Vi satt og grublet over mørk materies natur, men alle ideene som kom til oss viste seg å være feil.
GALAKTISK GONG SHOW
Galaksens skive er skjev, og astronomer tror det ikke er en konstant deformering, men en saktegående bølge, som vibrasjonen av en gong eller huden på en trommel. Forfatteren mener at årsaken til diskoscillasjonen er forvrengningen av formen til galaksens mørke glorie, forårsaket av påvirkningen fra dens to små satellitter
Denne studien, blant mange andre arbeider på 1970- og 80-tallet, overbeviste astronomer om at mørk materie - et mystisk stoff som ikke sender ut eller absorberer lys, men bare manifesterer seg ved gravitasjonspåvirkning - ikke bare eksisterer, men også representerer hovedkomponenten i universet . Målinger fra WMAP-satellitten bekreftet at massen av mørk materie er fem ganger større enn massen til vanlig materie - protoner, nøytroner, elektroner, etc. Men hva dette usynlige stoffet er, er fortsatt ikke klart. Omfanget av vår uvitenhet er bevist av følgende faktum: de mest beskjedne hypotesene antyder at mørk materie består av eksotiske partikler som ikke er oppdaget i akseleratorer, men forutsagt av hittil uprøvde teorier om materiens struktur; og det mest radikale synet er at Newtons tyngdelov og generell teori Einsteins relativitetsteori er enten feil eller trenger revisjon. Men uavhengig av dens natur, gir mørk materie oss allerede nøkkelen til å forstå noen av de mystiske egenskapene til galaksen. For eksempel har astronomer visst i mer enn 50 år at de ytre delene av den galaktiske skiven er forvrengt, omtrent som en vinylplate som ligger igjen på en radiator, blir skjev.
GRUNNLEGGENDE POENG
- Mørk materie er et av vår tids største vitenskapelige mysterier, men astronomer har forsonet seg med dens eksistens fordi den bidrar til å svare på mange andre kosmiske mysterier.
- Uansett hva denne ukjente saken er, ser det ut til å forklare hvorfor den ytre kanten av disken til galaksen vår er så sterkt buet. Dvergsatellitgalaksene som kretser rundt galaksen forvrenger disken, men deres gravitasjonspåvirkning ville være svak hvis den ikke ble forsterket av mørk materie.
- Et annet spørsmål som mørk materie svarer på er hvorfor Galaxy har færre satellitter enn modeller forutsier. Det kan være mange flere satellitter, men de består nesten utelukkende av mørk materie, som er vanskelig å oppdage.
Men det var ikke mulig å forklare årsaken til krumningen før påvirkningen av mørk materie ble tatt i betraktning. På samme måte indikerer datasimuleringer av dannelsen av galaksen, basert på de antatte egenskapene til mørk materie, at galaksen burde være omgitt av hundrevis eller til og med tusenvis av små satellittgalakser, men bare to dusin av dem har blitt oppdaget så langt. Denne uoverensstemmelsen har ført til at forskere tviler på om mørk materie virkelig har egenskapene som tilskrives den. Men nylig har astronomer oppdaget flere dvergsatellitter, noe som har forbedret situasjonen litt. Disse satellittene hjelper oss ikke bare å rekonstruere historien om dannelsen av galaksen, men gir også mer Full utsikt om kosmisk materie.
Årsak til krumning
Det første skrittet mot å forstå rollen til mørk materie i galaksen er generelt syn på sin struktur. Vanlig materie – stjerner og gass – dannes i fire hovedstrukturer: en tynn skive (inkludert spiralarmene og vår sol), en tett kjerne (med et supermassivt svart hull), en langstrakt bule (kalt en «stang») og en sfæroidal glorie av gamle stjerner og klynger som omslutter hele galaksen. Men mørk materie fordeler seg ganske annerledes. Vi ser det ikke, men vi gjetter på dets tilstedeværelse ved bevegelseshastighetene til stjerner og gass. Dens gravitasjonspåvirkning på synlig materie antyder at denne materien er nesten sfærisk fordelt og strekker seg langt utover grensene til stjerneglorien. Dens tetthet er maksimal i midten og avtar som kvadratet på avstanden fra den. Det er nettopp denne fordelingen som burde ha oppstått som et resultat av en prosess som astronomer kaller hierarkisk fusjon: det antas at i universets tidlige æra slo små galakser seg sammen og dannet større, inkludert vår galakse.
I mange år kunne ikke astronomer bevege seg utover begrepet mørk materie i form av en enorm strukturløs ball av ukjent substans. I løpet av de siste årene har vi vært i stand til å forstå mange detaljer: mørk materie ser nå mer interessant ut enn det virket før. Mange fakta sier at dette stoffet ikke er jevnt fordelt, men er samlet i enorme skyer.
Slik inhomogenitet kan forklare krumningen av kantene på den galaktiske skiven observert av astronomer. I avstander på mer enn 50 tusen lysår fra sentrum består skiven nesten utelukkende av atomært hydrogen og et lite antall stjerner. Observasjoner fra radioastronomer viser at gassen ikke er konsentrert i galaksens plan: jo lenger fra sentrum, jo mer bøyer den seg. I en avstand på omtrent 75 tusen lysår er skiven buet med omtrent 7,5 tusen lysår i forhold til flyet.
HVA KRUMMET GALAKSEN?
Disken til vår Galaxy, som inneholder mest stjerner og gass, har omtrent samme proporsjoner som en vinylplate eller CD. Forvrengningen av den galaktiske skiven fikk den til å se ut som vinyl eller CD-er som hadde blitt mishandletLa oss gå tilbake til den gamle hypotesen
1950-talls hypotese tilskrev denne deformasjonen til gravitasjonspåvirkningen fra to satellittgalakser, de store og små magellanske skyene. Den ble avvist fordi disse galaksene er for lette til å ha en merkbar effekt på galaksen vår. Astronomer har nå lært at den synlige delen av galaksen er omgitt av en enorm glorie av mørk materie. De viste nylig at mørk materie kan øke gravitasjonspåvirkningen til skyene, noe som forklarer krumningen til skiven
Det er tydelig at mens den roterer rundt sentrum av galaksen, svinger gassskiven også opp og ned i forhold til flyet. Disse svingningene spenner over perioder på hundrevis av millioner år, og vi observerer dem på et tidspunkt i syklusen. I hovedsak fungerer gassskiven som en gigantisk, sakte vibrerende gong. Som en gong kan den vibrere ved flere frekvenser, som hver tilsvarer en bestemt overflateform. I 2005 beviste kollegene mine og jeg at den observerte krumningen er summen av tre slike frekvenser (den laveste er 64 oktaver under "før" av den første oktaven). Den generelle effekten er asymmetrisk: på den ene siden av galaksen er gassen plassert over flyet, og på den andre siden - under det.
Radioastronomer som først la merke til denne krumningen på 1950-tallet, trodde det kunne være et resultat av gravitasjonspåvirkningen fra Magellanske skyer, de mest massive satellittene i vår galakse. Siden de ikke beveger seg i galaksens plan, har tyngdekraften en tendens til å forvrenge disken vår. Men detaljerte beregninger har vist at tiltrekningen til de relativt lette magellanske skyene er for svak til å forklare krumningen til den galaktiske skiven. I flere tiår forble dens årsak et uløselig problem.
Mørk hammer
Erkjennelsen av at galaksen inneholder mørk materie, sammen med mer nøyaktig måling massen av de magellanske skyene (som viste seg å være større enn antatt) åpnet for nye muligheter. Hvis gassskiven oppfører seg som en gigantisk gong, bør bevegelsen til de magellanske skyene gjennom glorie av mørk materie virke, om enn indirekte, som hammerslag på en gong som produserer lyder ved resonansfrekvenser. Skyer skaper kjølvannet deres i mørk materie, akkurat som en båt forlater kjølvannet mens den flyter på vannet. Dette er hvordan heterogenitet i distribusjonen av mørk materie oppstår bak Skyene. Dette fungerer igjen som en hammer, og får de ytre delene av disken med lav masse til å vibrere. Som et resultat, selv om de magellanske skyene er små, øker mørk materie deres innflytelse betydelig. Denne ideen ble foreslått i 1998 av Martin D. Weinberg fra University of Massachusetts i Amherst. Han og jeg brukte så denne teorien på observasjoner av galaksen og fant ut at vi kunne reprodusere tre typer oscillasjoner i gassskiven. Hvis teorien er riktig, bør krumningen til galaksens disk oppføre seg aktivt: formen endres på grunn av orbitalbevegelsen til de magellanske skyene. Formen på galaksen er ikke konstant, den er i konstant endring. (En video av denne prosessen er tilgjengelig på nettstedet (engelsk) eller nedenfor. - Red.)
Denne videoen viser spiralform vår galakse og dens to små satellittgalakser, de store og små magellanske skyene (til venstre). Satellittene kretser rundt hovedgalaksen, og sender derved en sakte forplantende bølge i den. På menneskelige tidsskalaer vises disse bølgene som statiske deformasjoner i det galaktiske nabolaget. Det merkelige er at satellittene er for små til å forårsake en slik effekt. Astronomer viste nylig at vekten deres er betydelig høyere på grunn av mørk materie (ikke vist i videoen)
De magellanske skyene er det ikke de eneste satellittene Melkeveien. Astronomer telte omtrent to dusin. Denne videoen viser deres tredimensjonale posisjon i forhold til planet til galaksen, der solen og de fleste andre stjerner er skjult. Ved å bruke The Sloan Digital Sky Survey, ble det vist at det er flere titalls flere satellitter i området markert med rosa. De er veldig svake og består hovedsakelig av mørk materie.
Krumning er ikke den eneste asymmetrien i galaksens form. Tykkelsen på den ytre gassskiven er også svært ujevn, noe som også ble oppdaget ved hjelp av radioteleskoper. Hvis du trekker en linje fra Solen til sentrum av galaksen og fortsetter den videre til kanten, vil du finne at tykkelsen på gasslaget på den ene siden av denne linjen i gjennomsnitt er dobbelt så tykk som på den andre. Denne sterke asymmetrien er dynamisk ustabil: overlatt til seg selv må den jevne seg ut. Derfor kreves det en eller annen mekanisme for å opprettholde den. Astronomer har visst om dette problemet i 30 år, men har «feid det under teppet». Nye detaljerte undersøkelser av atomisk hydrogen i galaksen og fremskritt i å forstå gassens ikke-sirkulære bevegelser gjør det imidlertid ikke lenger mulig å ignorere denne asymmetrien. To mulige forklaringer har dukket opp, og begge tar hensyn til mørk materie. Enten er galaksen sfærisk, men ikke konsentrisk med sin mørk materie-halo, eller, ifølge Kanak Saha fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Garching og hans kolleger, er selve mørk materie-haloen asymmetrisk. Begge disse ideene setter spørsmålstegn ved astronomers tillit til at galaksen og dens mørke glorie ble dannet samtidig ved kondensering av en enorm sky. Hvis dette var tilfelle, ville vanlig materie og mørk materie vært sentrert på samme sted. Men asymmetrien indikerer tydelig at galaksen ble dannet ved sammenslåing av mindre stjernesystemer eller vokste på grunn av konstant akkresjon av intergalaktisk gass - begge disse prosessene bør ikke være symmetriske. Sentrum av galaksen kan være forskjøvet i forhold til sentrum av mørk materie fordi gass, stjerner og mørk materie oppfører seg annerledes.
For å teste denne ideen må vi studere de lange, tynne strømmene av stjerner som strekker seg over de ytre områdene av galaksen. Dette er langstrakte rester av tidligere satellittgalakser. Banene rundt stjernesystemet vårt er hovedsakelig okkupert av kuleformede dverger, slik kalt på grunn av deres runde form og den lave massen til stjernene de inneholder - omtrent 10 tusen ganger mindre enn massen til stjernene i galaksen. Over tid faller disse dvergene ut av bane, og tidevannskreftene til galaksen begynner å virke på dem. Dette er de samme kreftene som månen skaper på jorden, og forårsaker flo og flod to ganger om dagen. sjøvann. Dverggalaksen begynner å strekke seg ut og kan bli et smalt bånd (se: B. Gibson. R. Ibata. Ghosts of dead galaxies).
Fordi disse stjernestrømmene beveger seg rundt galaksen i store avstander fra sentrum, hvor gravitasjonspåvirkningen av mørk materie er sterk, avhenger formen på strømmene av formen på glorien. Hvis haloen ikke er perfekt sfærisk, men litt flatet, snur den banene til stjernene i strømmen og forårsaker et merkbart avvik fra bevegelsen i en storsirkel. Bekkene ser imidlertid veldig tynne ut, og banene deres rundt galaksen er nær store sirkler. Datamodellering Rodrigo Ibata og kollegene hans viste at fordelingen av mørk materie er nær sfærisk, selv om den kan være partisk, slik Saha og hans kolleger tror.
Skjulte galakser
Mens ødeleggelsen av dverggalakser reiser noen spørsmål, er enda mindre kjent om deres dannelse. I følge moderne utsikt, begynner fødselen av galakser med dannelsen av klynger av mørk materie, som deretter tiltrekker seg gass og stjerner, og danner deres synlige deler. Slik ble ikke bare store galakser, som vår, født, men også mange dverger. Disse modellene forutsier egenskapene til dverggalakser ganske nøyaktig, men antallet skal ifølge modellene være mye større enn det faktisk er observert. Hvor er feilen - i modellene eller i observasjonene?
SKJULTE MEDLEMMER AV DEN GALAKTISKE FAMILIEN
Ifølge teorien skulle hundrevis av satellittgalakser dreie seg rundt galaksen vår. Astronomer har lenge bekymret seg for at de bare fant rundt to dusin slike galakser, men nå, ved hjelp av Sloan Sky Survey, er dette gapet fylt – tidligere uoppdagede satellitter er funnet. De er laget av nesten ren mørk materie. (Plasseringen av de forutsagte satellittene er gitt vilkårlig: den gjenspeiler deres generelle distribusjon.)
Dette spørsmålet ble delvis besvart ved analyse av Sloan Digital Sky Survey (SDSS), som dekker omtrent en fjerdedel av hele himmelen. Under denne undersøkelsen ble nesten et dusin nye, veldig svake satellittgalakser oppdaget, noe som er ganske overraskende: tross alt har observasjoner av himmelen blitt utført i lang tid, og det er vanskelig å forstå hvordan det var mulig å ikke legge merke til så nære naboer. Disse galaksene kalles "bleke dverger"; noen ganger inneholder de bare noen få hundre stjerner. De er så svake og sparsomme at de ikke kan sees på et vanlig bilde av himmelen. Trenge Spesial utstyr behandler for å legge merke til dem. Hvis Sloan-undersøkelsen dekket hele himmelen, ville den avsløre omtrent 35 flere bleke dverger. Men selv da ville ikke alle de "skjulte" dvergene blitt funnet. Derfor tenker astronomer på nye søkemetoder. Kanskje er mange av disse galaksene for fjerne og utilgjengelige for moderne teleskoper. Sloan-undersøkelsen kan oppdage bleke dverger i avstander på opptil rundt 150 tusen lysår. Erik Tollerud og kolleger fra University of California i Irvine anslår at det er rundt 500 uoppdagede galakser som er omtrent 1 million lysår unna sentrum av galaksen vår. Astronomer vil kunne oppdage dem ved hjelp av det nye Large Synoptic Survey Telescope, som vil settes i drift i mars neste år. Linseområdet er åtte ganger større enn Sloan-teleskopet.
Ifølge en annen hypotese er satellitter som går i bane rundt galaksen enda svakere enn bleke dverger: kanskje er de det fordi de ikke inneholder stjerner i det hele tatt. Dette er nesten ren mørk materie. Hvorvidt vi noen gang vil kunne oppdage disse mørke dvergene avhenger av om de inneholder gass så vel som mørk materie. Denne gassen kan være svært sjeldne og derfor avkjøles så sakte at den ikke danner stjerner. Men radioteleskoper, som kartlegger store områder av himmelen, kan oppdage det.
Men hvis disse galaksene er fullstendig blottet for gass, kan de bare manifestere seg indirekte, gjennom gravitasjonspåvirkningen på vanlig materie. Hvis en av disse mørke galaksene suser gjennom skiven til vår eller en annen galakse, vil den etterlate seg et "utbrudd" - som å bli kastet inn i rolig innsjø rullestein - og dette vil manifestere seg som en observerbar forstyrrelse i den romlige fordelingen eller i hastighetene til stjerner og gass. Dessverre er et slikt "utbrudd" veldig svakt, og astronomer må bekrefte ektheten, noe som ikke er lett. I de atomære hydrogenskivene til alle spiralgalakser observeres forstyrrelser som ligner på bølgene i et rasende hav.
Hvis den mørke galaksen er massiv nok, kan metoden utviklet av Sukanya Chakrabarti fra Florida Atlantic University og kolleger, inkludert meg selv, oppdage dens bevegelse. Vi har nylig vist at de sterkeste forstyrrelsene ved kantene av galakser er tidevannsbølger etterlatt av passerende galakser, og disse kan skilles fra andre forvrengninger. Ved å analysere forstyrrelsene kan vi bestemme massen og nåværende posisjonen til den forstyrrende galaksen. Denne metoden kan identifisere galakser hvis masse er tusen ganger mindre enn hovedmassen. Ved å bruke denne metoden på stjernesystemet vårt, kom vi til den konklusjon at en uoppdaget og muligens helt mørk satellitt gjemmer seg i det galaktiske planet i en avstand på 300 tusen lysår fra sentrum av galaksen. Vi vil prøve å finne denne dvergen i det nære infrarød rekkevidde ved hjelp av data romteleskop"Spitzer".
For lite lys
Selv etter å ha oppdaget bleke og mørke galakser, finner astronomer ofte det vanskelig å bestemme mengden materie de inneholder. Denne mengden beregnes vanligvis ved hjelp av masse-luminositet-forholdet: massen av materie i galaksen delt på den totale mengden lys den sender ut. Som regel er dette forholdet angitt i solenheter. Solen har et masse-lysstyrkeforhold på 1 per definisjon I vår galakse er den gjennomsnittlige stjernen mindre massiv og svakere enn solen, så det totale masse-lysstyrkeforholdet for all lysstoff i galaksen er nær 3. Men hvis. vi tar hensyn til mørk materie, så vil totalforholdet mellom masse og lysstyrke til galaksen hoppe til 30.
Josh Simon fra Carnegie Institution of Washington og Maria Geha fra Yale University målte hastigheten til stjerner i åtte bleke dverger for å bestemme massen og lysstyrken til disse galaksene. Deres masse-lysstyrke-forhold overstiger noen ganger 1000, som er mye høyere enn for noen struktur i universet. Totalt sett er det fem ganger mer mørk materie i universet enn vanlig materie. Hvorfor er forholdet mellom masse og lysstyrke i vår galakse så mye høyere, og i bleke galakser er det enda større?
Svaret kan bestemmes av enten telleren eller nevneren for dette forholdet: galakser med et masse-til-lysstyrke-forhold over gjennomsnittet for universet har enten mer masse enn forventet eller produserer mindre lys. Astronomer mener det er et spørsmål om nevner: enorme mengder vanlig materie slipper ikke ut sterkt nok til å bli lagt merke til. Årsaken er at denne saken enten ikke klarte å samle seg i galakser og bli til stjerner, eller slo seg ned i galakser, men ble deretter kastet tilbake til det intergalaktiske rommet, hvor den forblir i en ionisert form, utilgjengelig for observasjon med moderne teleskoper (se: Geach Dek Tapte galakser // VMN, nr. 9, 2011). Galakser med lav masse, som har svak tyngdekraft, mister mer gass, så deres lysstyrke avtar markant. Det er merkelig at mens vi prøver å løse problemer med en type usynlig materie (mørk materie), kommer vi til ideen om eksistensen av andre typer av det (vanlig, men uoppdaget materie).
Mysteriet med mørk materie, som lå i dvale i mange år, har nå blitt det mest resonante forskningsområdet innen både fysikk og astronomi. Fysikere håper å oppdage mørk materiepartikler, og astronomer studerer oppførselen til dette stoffet. Men uansett om vi har funnet ut naturen til mørk materie eller ikke, lar selve tilstedeværelsen oss forstå mange astronomiske fenomener."
Oversettelse: V.G. Surdin
EKSTRA LITTERATUR
- En magellansk opprinnelse for Warp of the Galaxy, Martin D. Weinberg og Leo Blitz i Astrophysical Journal Letters, Vol. 641. nr. 1. sider L33-L36; 10. april 2006. http://arxiv.org/abs/astro-ph/0601694
- Den vertikale strukturen til den ytre melkeveien HI Disk, E. S. Levine. Leo Blitz og Carl Heiles i Astrophysical Journal. Vol. 643. nr. 2, side 881-896: 1. juni 2006. http://arx-iv.org/abs/astro-ph/0601697
- Finne mørke galakser fra deres tidevannsavtrykk, Sukanya Chakrabarti. Frank Bigiel. Philip Chang og Leo BUtz. Sendt til Astrophysical Journal, http://arxiv.org/abs/1101.0815
- Fridman A.M., Khoperskov A.V. Fysikk til galaktiske skiver. M.: Fizmatlit. 2011.
- Surdin V.G. Femte kraft. 2. utg. M.: MTsNMO. 2009.
- Kong A.R. Introduksjon til klassisk stjernedynamikk. 2. utg. M.: Redaksjonell URSS. 2011.
OM FORFATTEREN
Leo Blitz, inspirert av den populærvitenskapelige TV-serien Watch Mr. Wizard, har drømt om å bli astronom siden skoledagene. Han er nå professor ved University of California, Berkeley, og var direktør for Radio Astronomy Laboratory.