Учёные нашли под Землёй самое загадочное нечто во Вселенной

Итак, наступает долгожданный безоблачный вечер — и мы отправляемся куда-нибудь подальше от огней города. И видим созвездия, то есть ближайшие к нам звёзды. Те, которые в Большой Медведице, например, находятся приблизительно в сотне световых лет, некоторые и поближе. Световой год — это почти 9,5 триллиона километров. Именно столько свет преодолевает за земной год. Видим рукав Млечного Пути, то есть крыло родной галактики. До него тысячи световых лет. Особо глазастые заметят в созвездии Андромеды крохотное туманное пятнышко — это соседняя галактика. Туманность Андромеды. Она уже в двух с половиной миллионах световых лет. А если бы наши глаза были "Хабблами", то мы видели бы мириады самых разнообразных галактик на невообразимых расстояниях друг от друга.

Но даже в этом фантастическом случае мы видели бы, по современным подсчётам, в районе 4,5% всего, что есть в космосе. А остальные 95,5% — вовсе не сплошная пустота. Это только воспринимается нами как пустота, потому что мы это не можем ни увидеть, ни почувствовать.

Физики сложили вместе всю массу, допустим, нашей же галактики — всех-всех звёзд, планет, газопылевых облаков — и пришли к очень интересному выводу: при всей, казалось бы, тяжеловесности этой великолепной спирали её массы абсолютно недостаточно для того, чтобы в галактике царило то мощное притяжение, которое есть. И если бы в ней было только то, что мы способны видеть, оно давно бы разлетелось в разные стороны, а ночное небо при самой ясной погоде было бы совершенно черно. И учёные подсчитали, сколько же невидимой массы надо добавить к видимой, чтобы их общая гравитация удерживала вокруг нас всё, что сверкает и мерцает в небе по ночам. И получилось, что для этого невидимая масса должна составлять больше 20% всего во Вселенной. Эта цифра в разных источниках немного отличается. В книгах Хокинга, к примеру, сказано, что 22,5%. А вот в недавней статье Кембриджского университета написано 27%. Так вот эти 22–27% и назвали тёмной материей. Учёные предполагают, что это какое-то вещество, которое имеет массу, но при этом никаких ни протонов, ни нейтронов, ни электронов в нём нет. И оно никак (или почти никак) с видимыми частицами не взаимодействует. Хотя современная физика подозревает, что всё-таки время от времени такие необычные встречи случаются и это можно засечь с помощью детектора частиц.

Но почему же только 27%, а не все 95? А потому что! Снова заглянем в "Хаббл" — и увидим то, что приводит уже в совершенное замешательство. Мы думали так: произошёл Большой взрыв, образовались галактики и всё прочее, и вот всё это оставшейся после той вспышки взрывной волной продолжает понемногу разносить в разные стороны. Но дело в том, что когда мы бросаем что-нибудь вверх, то оно со временем летит всё медленнее и медленнее, а потом падает обратно. И, по идее, галактики тоже должны бы лететь всё медленнее и медленнее. А вместо этого они летят всё быстрее и быстрее. И, по законам физики, это же не может происходить просто так — для этого должна действовать какая-то сила. Другая сила. Отталкивающая. Противоположная гравитации. И учёные её так и назвали — антигравитацией. Они подозревают, что это пятая, неизвестная сила природы. Четыре известных — это:

• гравитация;
• электромагнитное взаимодействие;
• слабое ядерное взаимодействие;
• сильное ядерное взаимодействие.

И то, что обладает этой неизвестной силой, условно назвали тёмной энергией. В данном случае учёным невероятно трудно даже предполагать, что именно ЭТО может быть. Они только понимают, что оно составляет около 70% Вселенной. И всё же некоторые идеи есть. В Институте космологии Кавли при Кембриджском университете сейчас прорабатывают версию, что тёмная энергия — это всё-таки тоже некие частицы. Некие кванты. Физики к этому пришли после одного очень интересного эксперимента под названием XENON1T.

Этот эксперимент провели в подземной лаборатории Гран-Сассо в 120 километрах от Рима, под горой Аквила посреди самого высокого горного массива Апеннин, на глубине 1400 метров. Так глубоко "зарыться" надо было, потому что это единственное спасение от постоянно бомбардирующего поверхность Земли космического излучения. Нам оно незаметно, но физикам очень мешает.

В этой лаборатории находится большой (3,5 тонны) бак с очень редким газом — ксеноном. Он в небольших количествах содержится в атмосфере, а ещё его получают промышленным способом — как побочный продукт при производстве жидкого кислорода. Этот газ выбрали для эксперимента за то, что в нём можно много интересного понаблюдать, если подвергнуть его действию электричества. Когда заряженные частицы сталкиваются с атомами ксенона, получается электролюминесценция — вспышка света. То есть при ударе отлетает фотон, а вместе с ним электрон.

Но если иметь в виду столкновения ксенона с известными науке частицами, то, по подсчётам, в этом баке их должно было произойти за год примерно 232 (плюс-минус 15). И вся фишка в том, что с февраля 2017 года по февраль 2018-го вспышек насчитали не 232, а все 285. То есть в полусотне случаев с атомами ксенона сталкивалось неизвестно что.

Изначально была версия, что это аксионы — гипотетические частицы, которые, как подозревает наука, возникают, в частности, внутри Солнца и распадаются на фотоны под действием мощного магнитного поля. Более того, астрофизики размышляют, не из аксионов ли и состоит та самая тёмная материя, которая окружает галактики невидимым гало и удерживает их в целости и сохранности. Но в случае с бочкой ксенона всё-таки от этой версии отказались, потому что если бы это были аксионы, то их что-то слишком много, при таком количестве вся жизнь звёзд шла бы совсем не так, как она идёт.

И вот теперь появилось поистине поразительное предположение. В Институте Кавли считают, что это могут оказаться частицы тёмной энергии. Их назвали хамелеонами за способность менять свойства в разных условиях. А именно — в плотной среде видимых нам обыкновенных частиц они весьма массивны, но у них очень маленький радиус взаимодействия. Зато в космическом вакууме всё наоборот: они очень и очень лёгкие, но действуют на огромных расстояниях.

Исследователи подчёркивают, что именно эта переменчивость и даёт ответ на давнюю загадку: почему же, собственно говоря, окружающие дома от нас не удаляются со всё возрастающей скоростью, раз антигравитационное нечто заполняет 70% всего сущего? То есть почему в наших скромных (максимум галактических) масштабах правит гравитация, а в масштабах Эдвина Хаббла — антигравитация?

Согласно версии Кембриджского института космологии, в Солнце действительно возникают частицы тёмной энергии, они находятся среди нас, но свой антигравитационный эффект здесь проявить не могут: слишком плотное скопление видимых частиц.