Презентация на тему "Скрытая масса"

Презентация ученика УК «Гимназии-колледжа» ДВФУ Жеваева Светозара на тему «Скрытая масса» ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: УК«ГИМНАЗИЯ-КОЛЛЕДЖ»ДВФУ ДЕМЕНИН Л.Н

Скрытая масса Существующие во Вселенной тела и другие скопления вещества астрономы обнаруживают в основном по их излучению. Это может быть видимый свет или другие виды электромагнитных волн – всё равно имеются приёмники излучения, позволяющие их регистрировать. Однако не от всех космических объектов можно принять излучение. Например, с Земли нельзя рассмотреть массивные, но очень маленькие компоненты двойных систем (см статью «Звёздные пары»). А чёрные дыры принципиально не отпускают от себя никакое излучение. Наличие подобных тел удается установить только по их гравитационному воздействию на соседей. Применение такого косвенного метода привело учёных к убеждению, что на самом деле во Вселенной содержится гораздо больше вещества, чем-то, которое доступно прямым наблюдениям. Невидимое вещество, проявляющее себя по взаимодействию с видимым посредством сил тяготения, назвали скрытой массой.

Вращение глактик и скрытая масса  Дифференциальные скорости вращения галактик (то есть зависимость скорости вращения v(r) галактических объектов от расстояния (r) до центра галактики) определяются распределением массы в данной галактике и для сферического объёма с радиусом r, в котором заключена масса M(r), задаются соотношением то есть за пределами объёма M(r), в котором сосредоточена основная масса галактики, скорость вращения Однако для многих спиральных галактик скорость v(r) остаётся почти постоянной на весьма значительном удалении от центра (20—25 кило парсек), что противоречит быстрому убыванию плотности наблюдаемой материи от центра галактик к их периферии.

Таким образом, для объяснения наблюдаемых значений v(r) необходимо допустить существование ненаблюдаемой (несветящейся) материи, простирающейся на расстояния, превышающие в десятки раз видимые границы галактик и с массой, на порядок выше совокупной массы наблюдаемой светящейся материи галактики (гало галактик). Современная стандартная космологическая модель ведёт к заключению, что видимые массы барионного вещества в галактиках существенно ниже, чем предсказываемые. В последнее время появились результаты, которые свидетельствуют, что эта недостающая барионная масса может быть сосредоточена в гало галактик в виде горячего межгалактического газа с температурой от 1 000 000 до 2 500 000 К.

Проблема Цвикки В 1937 году Фриц Цвикки (Fritz Zwicky) опубликовал работу «On the Masses of Nebulae and of Clusters of Nebulae», в которой на основе наблюдений относительных скоростей галактик в скоплении Волос Вероники на 18- дюймовом телескопе Шмидта Паломарской обсерватории получил парадоксальный результат: наблюдаемая масса скопления (полученная по суммарным светимостям галактик и их красному смещению) оказалась значительно ниже массы скопления, рассчитанной исходя из собственных скоростей членов скопления (полученных по дисперсии красного смещения) в соответствии с теоремой о вириале: суммарная наблюдаемая масса скопления оказалась в 500 раз ниже расчётной, то есть недостаточной, чтобы удерживать составляющие его галактики от «разлетания». С развитием рентгеновской астрономии в скоплениях галактик было обнаружено рентгеновское излучение горячего (разогретого до температур порядка 106 K) газа, заполняющего  межгалактическую среду, — то есть была обнаружена часть скрытой массы таких скоплений. Однако суммирование наблюдаемых масс такого газа с наблюдаемыми массами галактик скопления не дало массы, достаточной ни для удержания галактик, ни для удержания газа в скоплениях.

Гравитационное линзирование фона галактиками и их скоплениями Одним из косвенных методов оценки массы галактик является гравитационное линзирование ими фоновых (расположенных на линии наблюдения за ними) объектов. В данном случае эффект гравитационного линзирования может проявляться в виде искажения изображения фонового объекта, либо появлении его многократных мнимых изображений. Решение обратной задачи, то есть расчёт гравитационного поля, необходимого для получения таких изображений, позволяет оценить массу гравитационной линзы — скопления галактик. И в этом случае расчётные значения значительно превосходят наблюдаемые  Скопления галактик Abell 2390(сверху) и MS2137.3- 2353 в рентгеновском (слева, излучает горячий межгалактический газ) и оптическом спектре (справа, псевдоцвета), дуги — эффект гравитационно линзирования фона. Совокупная наблюдаемая масса составляет порядка 13 % от расчётной

Какова же природа невидимого вещества? Этот вопрос ещё далёк от разрешения. Возможно, скрытая масса создаётся не открытыми пока элементарными частицами. Дело в том, что согласно современной теории горячей Вселенной, максимально возможная масса барионов (протонов и нейтронов – частиц, из которых состоят атомные ядра всех химических элементов) не превышает 10% от массы, необходимой для критической плотности, т. е. той плотности, какой теоретически должна обладать Вселенная. Поэтому остаётся либо предположить, что во Вселенной помимо обычной барионной (атомной) массы содержится ещё очень много вещества, не состоящего из атомов, либо считать, что пустое пространство (вакуум) обладает такими свойствами, что вносит свой вклад в полную плотность материи. В принципе небарионная скрытая масса может быть заключена в лёгких элементарных частицах (с массой в миллионы раз меньше массы покоя электрона), существование которых следует из современной физической теории элементарных частиц. Поиски таких частиц усиленно ведутся на самых мощных ускорителях, но пока не увенчались успехом.

Итог Исследуя эффекты гравитационного микролинзиронання миллионов звёзд в Магеллановых Облаках, астрономы зарегистрировали несколько случаев характерного изменения яркости далёких слабых звёзд. Это может быть связано с существованием тёмных объектов в гало нашей Галактики. Однако из наблюдений пока трудно окончательно определить, какую часть массы невидимого вещества они составляют. Итак, попытки разобраться, из чего же состоит Вселенная, привели в наше время к весьма любопытной ситуации. На пороге XXI столетия обнаруживается, что все изучавшиеся до сих пор астрономические объекты составляют лишь незначительную долю космического вещества. Это настоящий вызов человеческому знанию! Остаётся надеяться, что новейшие методы астрономии, такие, как метод гравитационного микролинзирования, позволят в будущем пролить свет на увлекательную и загадочную проблему невидимого вещества в нашей Галактике и во Вселенной.