Тёмная материя — пожалуй, самый неуловимый «жилец» Вселенной. Мы не видим её, не можем поймать в детекторах, но её гравитационное влияние буквально скрепляет галактики. Без неё звёзды и газ давно разлетелись бы в стороны, а космос выглядел бы совсем иначе. Десятилетиями учёные пытались понять, что же это за невидимая субстанция, на которую приходится около 85% всей массы мироздания. И вот теперь группа исследователей из Университета Алабамы в Хантсвилле предлагает взглянуть на проблему под совершенно новым углом: возможно, никакой тёмной материи в привычном смысле вообще нет.

Их гипотеза звучит почти как научная фантастика: гравитационные аномалии, приписываемые тёмной материи, могут быть следствием… дефектов в ткани самого пространства-времени. Не частиц, не экзотических объектов, а своего рода «трещин», возникших в первые мгновения после Большого взрыва.

Призрачная масса, которая держит галактики

Чтобы оценить радикальность идеи, стоит вспомнить, с чего всё началось. Астрономы давно заметили: если подсчитать массу видимого вещества в галактиках — звёзд, газа, пыли, — её катастрофически не хватает, чтобы объяснить, почему галактики не разваливаются. По всем законам физики они должны были бы рассеяться, но вместо этого сохраняют форму и стабильность. Логика подсказывала: существует некая дополнительная, невидимая масса, создающая недостающую гравитацию. Её и назвали тёмной материей.

С тех пор было предложено множество кандидатов на эту роль: от массивных, но почти не взаимодействующих с обычным веществом частиц (так называемых WIMP’ов) до сверхлёгких аксионов и первичных чёрных дыр. Ставились сложнейшие эксперименты, строились подземные детекторы, но все они пока молчат. Тёмная материя упорно не желает обнаруживать себя напрямую.

Вселенная как треснувший лёд

Исследователи из Алабамы предлагают отказаться от охоты за частицами и присмотреться к структуре самого космоса. Их идея опирается на понятие топологических дефектов — неоднородностей, которые возникают при фазовых переходах. Представьте, как замерзает вода: кристаллизуясь, она может образовывать трещины и дефекты решётки. Нечто похожее, говорят учёные, происходило и с новорождённой Вселенной, когда она остывала и меняла свои фундаментальные свойства.

Один из таких переходов случился, когда температура упала достаточно, чтобы сильное ядерное взаимодействие смогло «склеить» кварки в протоны и нейтроны. В этот момент, согласно гипотезе, в пространстве-времени могли возникнуть сферические оболочки — своего рода пузыри с очень специфическими свойствами.

Сфера с нулевой массой и гравитационной хваткой

Эти гипотетические оболочки устроены хитро: внутренний слой обладает положительной массой, а внешний — отрицательной. В сумме их масса равна нулю, то есть прямому измерению они не поддаются. Однако, несмотря на нулевую суммарную массу, такая сфера способна создавать гравитационное поле и влиять на движение окружающих объектов. Именно это влияние, полагают авторы, мы и принимаем за действие тёмной материи.

Модель способна объяснить сразу несколько наблюдаемых феноменов. Во-первых, она даёт недостающую гравитацию, которая удерживает галактики от разлёта. Во-вторых, такие оболочки могут работать как гравитационные линзы — искривлять свет далёких звёзд точно так же, как это делают массивные невидимые объекты. В-третьих, недавно открытые астрономами гигантские дуги и симметричные структуры колоссальных масштабов могли бы быть следствием формирования и выстраивания этих топологических оболочек.

От гипотезы к перевороту

Пока что идея остаётся теоретической и ждёт проверки. Предстоит понять, можно ли зафиксировать такие дефекты наблюдениями, и действительно ли они способны воспроизвести всю картину гравитационных аномалий, которую сегодня приписывают тёмной материи. Если ответ окажется положительным, это станет настоящим переворотом в космологии. Загадка, мучившая учёных десятилетиями, получит решение без привлечения таинственных частиц — достаточно будет признать, что само пространство-время не идеально гладко, а испещрено шрамами от своего бурного рождения.

Кстати, тема невидимого вещества, меняющего поведение целых систем, всплывает не только в астрофизике. Мы уже писали о том, как в 1988 году в Бразилии 13-летняя девочка становилась центром необъяснимых событий: в её присутствии двигались сундуки, а стены отвечали стуком на вопросы — феномен, который так и не получил исчерпывающего объяснения. Возможно, и в масштабах Вселенной мы имеем дело с чем-то столь же неуловимым, но куда более фундаментальным — не с духами, а с геометрией самого мироздания.