Тъмна материя

   Невидимата тъмна материя съставя по-голямата част от вселената - но ние можем да засечем присъствието й само от нейните гравитационни ефекти. Галактиките в нашата вселена изглеждат така, сякаш постигат невъзможни неща. Те се въртят с такава скорост, че гравитацията генерирана от тяхната видима материя не би била достатъчна за да ги задържи цели и те би трябвало да са се разкъсали много отдавна. Същото важи и за галактиките в звездните купове, което навежда учените на мисълта, че там действа нещо, което не можем да видим. Те смятат, че нещо, което все още не сме засекли директно, придава на тези галактики допълнителна маса, която създава допълнителната гравитация, от която се нуждаят за да останат цели. Тази странна и непозната материя е наречена "тъмна материя", тъй като не е видима.

   За разлика от нормалната материя, тъмната материя не взаимодейства с електромагнитната сила. Това означава, че тя не абсорбира, отразява или излъчва светлина, което я прави изключително трудна за забелязване. Всъщност изследователите са способни да загатнат за съществуването й единствено от гравитационните ефекти, които изглежда, че тя има върху видимата материя. Тъмната материя изглежда надделява над видимата материя в съотношение приблизително 6 към 1, съставяйки около 26% от всичката материя във вселената. А ето и един отрезвителен факт: материята, която познаваме и която съставя всички звезди и галактики представлява само 4% от състава на вселената. Но какво е тъмната материя? Една идея гласи, че тя може да съдържа "суперсиметрични частици" - хипотетични частици, които са партньори на тези, които вече познаваме от Стандартния модел. Експериментите в Големия Адронен Колайдер в ЦЕРН може да ни осигурят повече директни следи за тъмната материя. По-скоро обаче може да се каже какво не е тъмната материя, отколкото какво е. Първо тя не е под формата на тъмни облаци от нормална материя, материя съставена от частици наречени бариони. Знаем това, защото бихме засекли барионичните облаци по тяхната абсорбция на радиацията минаваща през тях. Второ тъмната материя не е антиматерия, защото не виждаме уникалните гама лъчи, които се създават, когато антиматерията се анихилира с материята. И накрая ние можем да изключим големите черни дупки с галактически размери, въз основа на това колко гравитационни лещи виждаме. Високите концентрации на материя изкривяват светлината минаваща край тях, която е излъчвана от по-отдалечени обекти. Но ние не виждаме достатъчно такива събития за да предположим, че подобни обекти съставят 26 процентовото участие на тъмната материя.

   Някои възможности все пак са налице. Барионната материя все пак може да съставя тъмната материя, ако тя е събрана в кафяви джуджета или в малки плътни парчета от тежки елементи. Тези възможности са познати като Масивни Компактни Хало Обекти. Но най-честото виждане е, че тъмната материя не е барионична изобщо, а по-скоро е съставена от други, по-екзотични частици, като аксионите или Слабо Взаимодействащите Масивни Частици (WIMPS), които взаимодействат само чрез гравитацията и слабата сила.

   Галактиките показват знаци, че са съставени предимно от приблизително сферични, симетрични, концентрирани в центъра им облаци от тъмна материя с концентрирана в диск около центъра видима материя. Галактиките джуджета с ниска повърхностна яркост са важни източници на информация в изучаването на тъмната материя, тъй като те имат необикновено ниско съотношение на видима към тъмна материя и имат само няколко ярки звезди в центъра, които иначе биха били попречили на наблюденията на ротационните криви на по-външно разположените звезди.

   Много теории твърдят, че частиците на тъмната материя са достатъчно леки за да бъдат създадени в Големия Адронен Колайдер. Ако те са били създадени там, те ще избягат през детекторите незабелязано. Все пак те ще пренесат енергия и импулс, така че физиците биха загатнали за тяхното съществуване от количеството на липсващите енергия и импулс след сблъсъка. Потенциални кандидати, които да бъдат тъмна материя, се появяват често в теории, които предлагат физика извън Стандартния модел, като тези за суперсиметричните и допълнителните измерения на пространството и времето. Една теория предполага съществуването на "скрита долина", паралелен свят съставен от тъмна материя, имащ много малко общо с нашия. Ако някоя от тези теории се докаже като вярна, това би помогнало на учените да придобият по-добро разбиране за състава на нашата вселена и в частност как галактиките се задържат цели.