В 30-е годы прошлого века астрофизики столкнулись с загадкой, которая перевернула представления о Вселенной. Галактики двигались так, словно в них было куда больше массы, чем видят телескопы. Чтобы объяснить это несоответствие, ввели понятие «тёмная материя» — невидимая субстанция, которая не излучает и не поглощает свет, но проявляет себя через гравитацию. Десятилетиями учёные пытались поймать её частицы, и вот, по непроверенным пока данным, проект DAMA/LIBRA, возможно, впервые зарегистрировал сигнал, который можно интерпретировать как долгожданное обнаружение.

Что скрывается за «скрытой массой»

Тёмную материю часто называют «скрытой массой» или «тёмным веществом», а иногда — и «тёмной энергией», хотя это разные концепции. Суть в том, что это совокупность астрономических объектов (или частиц), недоступных прямому наблюдению: они испускают слишком слабое электромагнитное излучение, чтобы их зафиксировали даже самые чувствительные инструменты. Однако их присутствие выдаёт гравитация: звёзды на окраинах галактик вращаются быстрее, чем должны, если исходить только из видимой материи, а скопления галактик искажают свет далёких объектов сильнее, чем можно объяснить известной массой.

Одна из ведущих гипотез предполагает, что тёмная материя состоит из WIMP — слабо взаимодействующих массивных частиц (Weakly Interacting Massive Particles). Они почти не вступают в реакции с обычным веществом, пронзая нас каждую секунду незамеченными. Источником таких частиц может быть суперсимметрия — теоретическое расширение Стандартной модели физики элементарных частиц, которое предсказывает для каждой известной частицы более тяжёлого «партнёра». Если WIMP действительно существуют, их столкновения с атомами детекторов должны порождать редкие, но характерные вспышки.

Гонка длиной в десятилетия

Проект DAMA/LIBRA — один из самых амбициозных экспериментов по поиску тёмной материи. Он расположен глубоко под землёй, в итальянской лаборатории Гран-Сассо, где толща породы экранирует космические лучи, способные имитировать сигнал. Установка годами регистрирует сцинтилляции в кристаллах йодида натрия, и её данные долгое время вызывали споры: исследователи сообщали о сезонных колебаниях, которые можно объяснить движением Земли сквозь облако WIMP, но другие группы не могли воспроизвести результат.

Теперь же, по неподтверждённой информации, коллаборация заявила об открытии вещества, которое и является той самой тёмной материей. Если это правда, перед нами — финал охоты, начавшейся почти век назад. Впрочем, научное сообщество ждёт независимых проверок: слишком часто «открытия» в этой области рассыпались при более тщательном анализе.

Альтернативные взгляды и соблазн простоты

Не все убеждены, что тёмная материя — это частицы. Кстати, мы уже писали о радикальной гипотезе, согласно которой гравитационные аномалии могут быть не веществом, а «трещинами» пространства-времени — сферическими оболочками с нулевой суммарной массой, возникшими в первые мгновения после Большого взрыва. Такие структуры искажали бы метрику так же, как скрытая масса, но не требовали бы новых частиц.

Есть и более экзотические сценарии: например, что тёмная материя способна разогревать целые планеты. В материале «Тёмная материя греет планеты без звёзд» мы разбирали расчёты физиков из лаборатории Ферми: если частицы тёмной материи аннигилируют в недрах массивных тел, они могут выделять достаточно тепла, чтобы поддерживать океаны даже в вечной межзвёздной тьме. Такие миры-скитальцы могли бы стать прибежищем для жизни, не зависящей от родительской звезды.

Но пока все эти идеи остаются гипотезами. Если DAMA/LIBRA действительно поймала WIMP, это станет триумфом физики частиц и закроет многолетний спор. Если же сигнал окажется артефактом, поиск продолжится — с новыми детекторами, в новых диапазонах и, возможно, с пересмотром самих законов гравитации. Ясно одно: невидимая масса, управляющая движением галактик, не спешит раскрывать свою природу.