Темная материя, или Из чего состоит Вселенная

 Публичный пост
ОХУЕННО

Я написал текст про тёмную материю для замечательного проекта — онлайн-курса по астрономии https://astro.cpm77.ru/. Он формально для школьников и учителей, но на самом деле — просто хороший научпоп. В каждом уроке есть видео с совсем простыми объяснениями и текст, который дает углубиться в тему. Каждый текст писали разные клевые ученые. Очень рекомендую посмотреть и другие уроки!

Наверняка все слышали про темную материю и темную энергию (это, кстати, разные вещи). Мы вроде бы очень много всего знаем про Вселенную: и черные дыры наблюдаем, и гравитационные волны ловим, и Галактики на заре существования Вселенной видим. Но оказывается, что все это великолепие состоит лишь из малой части вещества, которое определяет эволюцию Вселенной. Почти 80% всего вещества во Вселенной нам не видно (оно не испускает свет и никак не взаимодействует с известными нам частицами). Но его влияние проявляется всюду: от движения галактик до возникновения крупномасштабной структуры Вселенной. Мы пока понятия не имеем, что это такое за вещество, поэтому называем его "темной" материей.

В статье я рассказываю про то, какие наблюдения указывают на существование темной материи, из чего она может состоять и как ее пытаются наблюдать.

Приятного чтения, а вопросы можно задавать прям здесь в комментах!

Связанные посты
31 комментарий 👇
🕵️ Юзер скрыл свои комментарии от публичного просмотра...
Alexey Buravov Backend-разработчик 14 июня 2023

Физику, начиная с квантовой и СТО я перестал понимать уже в универе, но все время было ощущение, что разработка вселенной велась как-то так:

  1. Хм, ну вроде более-менее все настроил, планетки, солнышки, галактики крутятся, скоро будем и жизнь кодить. Главное, чтобы все смотрелось естественно и натурально, так в ТЗ прописано.
  2. Стоп, скорость света же у нас действует по обычным законам кинематики, эдак у нас жители планет через пол-галактики смогут друг другу сигналы кострами подавать... Не пойдет, противоречит задаче, давайте сделаем скорость света константой. Теперь у нас меняются размеры и замедляется время, если достичь скорости света... Сойдет, все равно никто до такого разгоняться не будет. Костыльно, но работает же.
  3. Чето у нас скорость вращения галактик какая-то не такая. Добавим еще темной материи, чтобы все четко было.
  4. Темная материя взаимодействует со всем остальным и все опять скатывается... Сделаем, чтобы она с веществом не взаимодействовала (ну, почти)! Костыль, ну и ладно, и так сроки горят и в проекте костыль на костыле.
  5. Так, ну в микромир точно никто не полезет, но на всякий случай, чтоб не заметили, что это симуляция - сделаем тут рандомное появление частиц. Не будем же мы симулировать каждый электрон, эдак никаких мощностей не хватит. Измерили - частица и появилась, а пока не измерили - конечно, никаких частиц не будет. И так сойдет, все равно никто не заметит) Это последний костыль, честное слово)

Особенно ощущения усилились, пока я еще работал в геймдеве и иногда почитывал научпоп по квантовой физике - вот прям один в один какие-то артефакты игровой симуляции)

  Развернуть 1 комментарий

@nightlord189, второе не понял :) про костры

  Развернуть 1 комментарий
Стас Якушкин научный сотрудник 14 июня 2023

Текст классный, мне понравилось, похоже по стилистике на энциклопедию про космос, которая у меня в детстве была.
А можешь дать ссылки на исследования, которые в тексте приводятся? Я понимаю, что для урока эти ссылки избыточны, а вот я бы почитал

  Развернуть 1 комментарий

@stasyk, спасибо!)

Дать могу, а по какой именно части тебе интересно?) А то их много, их все выписать — это целая история

  Развернуть 1 комментарий

@MikhailKorobko, Больше всего конечно картинки :)

  • Интересно как получили графики скоростей вращения (Рис.5) - как получилось визуализировать распределение масс на Рис. 9 (и вообще как визуализируют такие штуки)
  • как реликтовое излучение связано с темной материей
  • история с обработкой данных DAMA/LIBRA
  Развернуть 1 комментарий

@stasyk,

  • про кривые вращения — можно посмотреть хороший обзор Веры Рубин. он старый, но там описаны все основные методы.
  • Распределение на рис. 9 это наложение разных методов (рентген, линзирование, видимый свет и тд). Это скорее красивая картинка. Про него куча измерений, можно почитать вот это, например.
  • про реликтовое излучение — сложно, там очень много всего. Можешь почитать вот этот обзор, там сразу про все есть (ссылка на pdf)
  • Про DAMA/LIBRA есть куча всяких статей, вот например из недавнего, а тут более полный обзор проблем.
  Развернуть 1 комментарий
Иван Бурнатов градостроительное проектирование 14 июня 2023

Текст очень классный, на мой взгляд очень хорошо соблюдается баланс между понятностью изложения и сложностью.

Наконец-то у меня в голове уложилось, почему все-таки этой темной материи придается такое значение. График со скоростью вращения звезд в галактиках дает +100 к пониманию!

И еще отлично разобраны простые варианты ответов, которые первым делом в голову приходят, и почему они не верны (невидимые планеты и т.д.)

Сколько ты времени потратил на написание этой статьи?

  Развернуть 1 комментарий

@orbit, спасибо большое, очень рад, что баланс считывается, как раз так и хотелось:)

На само написание я потратил часов 15, наверное (сложно точно сказать, оно размазано было на несколько недель). Потом редактирование было уже с командой проекта. Они же перерисовали мои наброски в полноценные картинки.

Но это была самая долгая статья из тех, что я писал: обычно я продумываю в голове основной план и потом пишу за один присест — часа за 3-4. Но тут было важно подобрать формулировки попонятнее, задать правильный тон, каждый факт проверить в литературе. В общем, я сам очень доволен этой статьей!:)

  Развернуть 1 комментарий

Прочитал недавно "Все из ничего" Лоуренса Краусса, посмотрим, смогу ли найти знакомые буквы :)

  Развернуть 1 комментарий

@oversun, Краусс хорош, да!

  Развернуть 1 комментарий

Было очень интересно читать. Классно написано, спасибо! Как говорится, автор, пиши еще :)

  Развернуть 1 комментарий

@storm1kk, спасибо, рад, что понравилось!) Буду писать еще непременно 😃

  Развернуть 1 комментарий

Очень интересно, спасибо! Где почитать еще твои подобные статьи?
Вопрос: как отличают реликтовое излучение от другого? Как понять возраст сигнала?

  Развернуть 1 комментарий

@Fatalist, спасибо! У меня в интро есть все главное, можешь повыбирать на свой вкус)

Реликтовое излучение измеряют, усредняя наблюдения за долгие промежутки времени). Любой источник на небосклоне немного меняется (например, из-за изменения направления наблюдения при движении Земли). Кроме того, этот сигнал имеет очень определенный спектр и поляризацию, которые отличаются почти от любого другого. Все это вместе позволяет отделить мух от котлет)

Насчет возраста: любой сигнал, распространяющийся во вселенной, приобретает красное смещение (изменение его частоты) за счет расширения Вселенной. Чем дольше распространяется — тем больше красное смещение. Если мы знаем, какой частота (или спектр частот) должен был быть сначала (из теории или других наблюдений), мы можем рассчитать время жизни сигнала. Для реликтового излучения, мы этого не делаем напрямую, но смотрим на размеры флуктуаций в частоте (температуре) сигнала и, предполагая их величину в момент возникновения сигнала, можем рассчитать время распространения. На самом деле разные способы используются вместе, чтобы получить более точное значение.

  Развернуть 1 комментарий

Кстати, залинкую прошлую статью, где я рассказывал про один из экспериментов по поиску темной материи подробно: Светим лазером сквозь стену, чтобы поймать темную материю

  Развернуть 1 комментарий
Anton Sol решаю вопросики (с данными) 13 июня 2023

Порадовался тесту в конце - помогает определить сколько нового ожидать в уроке перед тем как начать смотреть

  Развернуть 1 комментарий

@sol, Ну тест он к видео относится) В тексте все самое новое, что есть)

  Развернуть 1 комментарий

@MikhailKorobko, ах вот оно как, тогда изучу!

  Развернуть 1 комментарий

Текст не стал читать но видос посмотрел) было любопытно

  Развернуть 1 комментарий

Это происходит потому, что, когда Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, её скорость меняется (она летит быстрее зимой, когда она ближе к Солнцу).

Разве смена сезонов не изза наклона оси вращения Земли относительно орбиты?

  Развернуть 1 комментарий

@glader, хм, но тут речь не про смену сезонов. Просто зимой Земля летит ближе к Солнцу и потому быстрее (а потому больше частиц темной материи проходит через нее в единицу времени). Но при этом сезон "зима", конечно, из-за наклона оси.

  Развернуть 1 комментарий

@MikhailKorobko, "зимой" в Северном полушарии или в Южном?

  Развернуть 1 комментарий

@glader, в декабре :)

  Развернуть 1 комментарий

@MikhailKorobko, как интересно. Почитал википедию, там написано "эксцентриситет земной орбиты составляет 0,0167". То есть очень близко к кругу. И такое небольшое изменение значимо сказывается на скорости вращения Земли вокруг Солнца?

  Развернуть 1 комментарий

@glader, конечно, разница между самой быстрой и самой медленной скоростями — примерно в 1км/c

  Развернуть 1 комментарий

И всё таки, почему не рассматривается наличие в галактиках из скопления чёрных дыр, которые дают массу, пролетают сквозь скопления вместе с галактиками и не остаются в центре столкновения как газ?

  Развернуть 1 комментарий

@amukhin, ну как я пишу в тексте (стр. 11): чтобы ТМ была черными дырами, они должны быть равномерно распределены по галактике. Если бы это были массивные черные дыры, мы бы их уже заметили по разным наблюдениям (гравитационное линзирование, гравитационные волны и т.п.). Так что если ТМ и состоит из черных дыр, они обладают очень малой массой. Но для таких черных дыр мы не знаем механизма образования из звезд. Мы вынуждены предполагать, что это первичные черные дыры, возникшие во время инфляции как-то (такого механизма мы тоже не знаем, но хотя бы теоретически они могут существовать). Практически все возможные массы таких ЧД уже проверены и они не обнаружены. Мы пока не проверяли совсем маленькие ЧД планковского масштаба. Они пока остаются кандидатом на ТМ.

Но опять же: мы можем предположить, что они существуют, но у нас нет теории, как они бы возникли. Так что они ни чем не лучше других гипотетических частиц.

  Развернуть 1 комментарий

@MikhailKorobko, если не рассматривать планковские чёрные дыры, то это может быть вариант "пробела" в 20 масс солнца? Ну то есть мы просто не видим эти средние дыры?

  Развернуть 1 комментарий

@amukhin, нет, не может быть (по крайней мере в достаточном количестве): чем больше черная дыра, тем больше вероятность ее увидеть. В частности, для таких масс ЧД именно наблюдения LIGO дают ограничение на количество таких ЧД (если бы их было много, мы бы видели гораздо больше сигналов).

  Развернуть 1 комментарий

😎

Автор поста открыл его для большого интернета, но комментирование и движухи доступны только участникам Клуба

Что вообще здесь происходит?


Войти  или  Вступить в Клуб