Вимпы — невидимый новый мир
Одна из астрофизических теорий говорит о том, что Вселенная наполнена невидимыми частицами — вимпами (WIMPs — Weakly interacting massive particles). Они существуют в нашей Вселенной с самого дня её зарождения — с момента Большого взрыва. Частицы были открыты ещё в 1970 году, но с тех пор опытным путём подтвердить их существование так и не удалось. Ни БАК в Женеве, ни оборудование в Южной Дакоте не смогли уловить вимпы.
MACHO — контейнеры с тёмной материей
Английская аббревиатура MACHO на русский переводится как массивный компактный объект гало (Massive compact halo object). Несмотря на сложное название, эти объекты являются просто астрономическими объектами, которые излучают мало света. К ним относятся чёрные дыры, нейтронные звёзды, коричневые карлики. Учёные считают, что именно в них и хранится тёмная энергия. Однако некоторые исследования поднимают вопрос о том, что таких объектов во Вселенной слишком мало.
Аксионы — частицы без массы
В теоретической физике аксионы — сверхлёгкие частицы, которые в миллиард раз легче электронов. Из-за этого они слабо взаимодействуют со светом и не подчиняются законам физики. В точности, как и тёмная материя. В апреле 2018 года астрофизики Вашингтонского университета запустили сверхмощный магнит в надежде поймать аксионы. Попытки пока успехом не увенчались.
Гравитино и супергравитация
В 1960–70 годах учёные разработали теорию суперсимметрии, которая восполнила пробелы стандартной физической модели. Согласно теории, у каждой частицы, например у фотона и электрона, есть невидимый близнец. Такой же партнёр существует и у частицы силы тяжести — гравитона, и называется этот близнец гравитино. По мнению некоторых физиков, гравитино и образуют тёмную материю.
Скрытое пятое измерение
В 1921 году в ответ на теорию относительности Эйнштейна появилась смелая теория Теодора Калуцы и Оскара Клейна. Они предположили, что измерений вовсе не четыре. Скрытое пятое измерение дугой проходит через всю Вселенную, но человек не в состоянии его почувствовать. Самые лёгкие частицы из этого измерения — частицы Калуцы-Клейна — и есть наша тёмная материя. Обнаружить их пока не удалось, так как предполагается, что при столкновении частицы аннигилируют.
Нечёткая тёмная материя
Сравнительно молодая теория о нечёткой тёмной материи говорит о том, что во Вселенной путешествуют миллиарды частиц с крошечной массой. При низких температурах они сливаются в удивительное вещество — конденсат Бозе-Эйнштейна. По отдельности частицы не влияют на окружающую среду, а в виде вещества искажают лучи межзвёздного света.
Вне законов физики
Проблема происхождения тёмной материи состоит в том, что математические расчёты не всегда совпадают с реальными наблюдениями. Например, модели говорят, что материя собирается в центре Вселенной, а остальная разлетается в виде пара. Реальные же наблюдения показывают, что материя наоборот, сосредоточена по краям Вселенной. Для объяснения этого расхождения физики придумали теорию самовозбуждающейся тёмной материи. Согласно ей, частицы тёмной материи взаимодействуют друг с другом посредством сил, которые современная физика объяснить не в состоянии.
Стерильные нейтрино
Вселенная состоит не только из атомов, в ней гораздо больше нейтрино. По сути, Вселенная — нейтринное море, в котором иногда встречаются островки атомов. Но обнаружить их непросто, так как они не участвуют ни в сильном, ни в электромагнитном взаимодействиях. Нейтрино проходят через вещество, словно его нет. В 2015 году учёные доказали, что нейтрино имеет три «аромата»: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. В 2018 году эксперименты в детекторе MiniBooNE показали, что могут существовать ещё и стерильные нейтрино — лучшие кандидаты на роль тёмной материи.
Тёмные фотоны
Обычный фотон — частица света, переносчик электромагнитного взаимодействия. Физики выдвинули теорию, что во Вселенной существуют ещё и тёмные фотоны, которые обладают чрезвычайно низкой массой. И прячутся они в гравитационных волнах, которые пронизывают пространство и время. Сигналы тёмных фотонов можно уловить только с помощью сверхчувствительных детекторов. Как раз такое устройство — космическую гравитационную волновую обсерваторию — сейчас собирают в НАСА. Запуск запланирован на 2034 год.
Никакой тёмной материи нет
В 1980 году физик Мордехай Милгрем предложил альтернативную теорию гравитации, которая противопоставлялась ньютоновскому закону тяготения. Теория гласит, что законы Ньютона просто не работают в сверхбольших масштабах. И это полностью меняет представление о вращении небесных тел. В теории Милгрема тёмной материи места нет, так как все физические процессы объясняются без добавления гипотетических частиц и сил.