По сводке спутника «Планк» на тёмную материю приходится около 27 % энергетического баланса Вселенной, атомам оставлено лишь 5 %. Остальное — тёмная энергия. Лицо космоса скрыто, но контуры выдают гравитационные «отпечатки»: галактики крутятся быстрее, чем позволила бы видимая масса, — диски не разлетаются благодаря тяжёлому невидимому каркасу. В новостных лентах вспыхивают сообщения о «космических монахах» — так физики шутливо зовут частицы, общающиеся только гравитацией. Образ точен: монахи молчат, но присутствие выдают каменные следы.
Невидимое вещество
Гипотезы делят скрытую массу на классы. WIMP — массивный слабо взаимодействующий объект, популярный герой симметрий Супер-Yukawa. Аксион — лёгкое псевдоскалярное поле, пришедшее из задачи сильной CP-проблемы. Стерильные нейтрино — теневая версия знакомых нейтрино, не чувствующая стандартных калибровочных полей. Есть экзотика: велеты, ультралёгкие бозоны с деБройлевской длиной волны порядка килопарсека, осциллоны, самосвязанные облака скалярного поля, живущие дольше Вселенной. Каждый кандидат требует собственной ловушки: аксионы ищут в микроволновых резонаторах с высоким добротным фактором, WIMP — в криогенной тишине детекторов с сапфировыми болометрами.
Методы наблюдения
Главный инструмент — гравитационное микролинзирование. Луч далёкой квазизвезды, проходя через скопление галактик, изгибается, образуя дуги-арки, напоминая стеклянные волны. Расчёт массы по геометрии дуг регулярно выдаёт избыток — «лишние тонны» и есть тёмное вещество. Другой подход — картины реликтового излучения в сантиметровом диапазоне: мелкие температурные флуктуации — своеобразный штрих-код ранних плотностей. Шаблон под названием «акаустические баритоны» содержит информацию о том, сколько невидимой массы сдерживало плазменные звуковые волны через 380 000 лет после Большого взрыва. На Земле работают скintилляционные калориметры: очередной фонтан ультрафиолета от столкновения ядра криптона с гипотетическим WIMP сравнивается с моделями, затем проходит кросс-валидацию в подземных лабораториях, где поток космических лучей приглушён стократ.
Открытые вопросы
Срезанные галактики типа UDG (ultra-diffuse galaxy) ведут себя как пуховые шары, почти лишённые темной материи, противоположный курьёз — скопление Эйбелл 3827, где невидимая масса, напротив, «отстала» от звёзд-беглецов. Разрыв шаблонов может намекнуть на самовзаимодействие скрытых частиц или на пересмотр законов гравитации вроде teVeS. В Нью-Мексико строится торсионный гироскоп Atomic Bearing Lab для хроногеодезии — поиска едва заметных колебаний гравитационного поля, предсказанных аксионной волной. В ЦЕРН запущен прототип булеония — магнито-калориметрической клетки, охлаждённой до 10 мкК: идея в том, что аксион под действием сильного поля «испарится» в фотон, оставив спектральную зарубку.
Для неспециалиста главный вывод прост: тёмная материя — не миф, а хозяйка космической сцены. От неё зависит рисунок галактических рукавов, движение спутников, точность GPS, расклад тяжёлых элементов. Понимание состава Вселенной задаёт рамки экономики телескопов, расписание ускорителей, планы космонавтики. Погоня за молчаливыми частицами — не романтика ради романтики, а мост к технике будущего, где знания о гравитации превратятся в новые системы навигации и энергоёмкие материалы. Журналистские сводки пока сообщают лишь первые абзацы этой истории, полный текст допишут эксперименты грядущих десятилетий.