Эксперт № 12 (2014)

Очень темная история Тигран Оганесян

Американские ученые предположили, что виновником массового вымирания динозавров 65 млн лет назад стала темная материя

section class="box-today"

Сюжеты

Большая наука:

Он вовсе не страшный

Как взять след

/section section class="tags"

Теги

Большая наука

Эволюция

/section

Два заслуженных физика-теоретика из Гарварда Лиза Рэндалл и Мэтью Рис выдвинули смелую гипотезу, согласно которой к гибели динозавров на нашей планете причастна темная материя.

Как известно, эта неуловимая космическая субстанция, многолетними поисками которой заняты лучшие умы земной науки, получила свое говорящее название прежде всего благодаря практически полному отсутствию какой-либо достоверной информации о ее составе, свойствах и т. д.

В самом первом приближении гипотеза Рэндалл и Риса заключается в том, что наша Солнечная система, неспешно перемещаясь в космическом пространстве, периодически (примерно раз в 35 млн лет) проходит сквозь тонкий межгалактический диск, состоящий из особой формы темной материи. И возникающие вследствие этого повторяющегося плотного контакта сильные гравитационные возмущения приводят к мощной бомбардировке Земли и соседних планет различными кометами, обитающими в большом количестве в так называемом облаке Оорта — скоплении разномастных небесных тел на задворках Солнечной системы. Один из последних таких кометных обстрелов предположительно и стал главной причиной массового вымирания земной биоты (динозавров и Ко), произошедшего 65–66 млн лет назад.

Смертоносный цикл и его подстрекатели

Впервые предположение о том, что резкие всплески метеоритных атак на нашу планету имеют четкую периодичность, было высказано учеными в начале 80-х годов прошлого века. Идея эта основывалась на сравнительном анализе возраста различных крупных кратеров, образовавшихся на поверхности Земли в результате ударов небесных тел. Согласно сделанным в то время предварительным расчетам, такие катастрофические обстрелы, по всей видимости, регулярно происходят примерно каждые 25–26 млн лет (или, по другой версии, каждые 30±1 млн лет).

figure class="banner-right"

figcaption class="cutline" Реклама /figcaption /figure

Вскоре сформировались две конкурирующие точки зрения на возможные причины подобного космического безобразия.

Первая гипотеза, представленная в 1984 году американскими астрофизиками Дэниелом Уитмайром , Альбертом Джексоном , Марком Дэвисом и другими, заключалась в возможном наличии у Солнца невидимой земными приборами наблюдения маленькой звезды-компаньона Немезиды (другое ее популярное название — Звезда смерти), вращающейся вокруг нашего светила по эксцентрической (сильно вытянутой) орбите. По мнению Уитмайра и его коллег, каждое максимальное сближение Немезиды с Солнцем, в ходе которого этот таинственный космический объект проходит сквозь упоминавшееся выше облако Оорта, приводит к повальному выбиванию с нормальных орбит относительно мелких комет, обитающих в данном облаке. Вынужденная миграция этих комет в зону, занимаемую планетами Солнечной системы, в свою очередь, вызывает периодические обильные бомбардировки последних. Эта эффектная гипотеза достаточно быстро обзавелась множеством восторженных поклонников, однако до сих пор никаких экспериментальных свидетельств в пользу существования пресловутой Звезды смерти ученым получить не удалось.

В том же 1984 году появилась и альтернативная теория (ее авторами были американцы Майкл Рампино и Ричард Стотерс ), постулирующая сильную корреляцию между циклами массового вымирания биоты на нашей планете и циклами вертикальных осцилляций Солнечной системы по отношению к плоскости Млечного Пути, происходящих в ходе спиралеобразного вращения Солнца и его планет вокруг центра нашей галактики. Рампино и Стотерс тогда же предположили, что Солнечная система в момент очередного пересечения этой галактической плоскости погружается в достаточно плотное межзвездное облако, состоящее по большей части из космической пыли и газа, и каждый такой циклический проход сопровождается всплеском гравитационного воздействия на кометные скопления в облаке Оорта.

Впрочем, впоследствии эта гипотеза ввиду отсутствия каких-либо экспериментальных свидетельств в пользу существования такого облака была почти забыта астрофизиками.

И лишь спустя три десятилетия Лиза Рэндалл и Мэтью Рис попытались вдохнуть новую жизнь в эту гипотезу номер два, существенно ее переработав.

Необычная темная материя

Ключевой недоработкой исходной гипотезы Рампино—Стотерса считался тот факт, что так называемый градиент плотности обычной материи в предполагаемом галактическом диске явно недостаточен для того, чтобы оказывать значительный гравитационный эффект на объекты, находящиеся в облаке Оорта.

Некоторое время теоретиками в качестве альтернативного рассматривался вариант, согласно которому этот межзвездный газопылевой диск может состоять не из обычной, а из темной (более плотной) материи. Однако, согласно текущим теоретическим представлениям и экспериментальным данным, темная материя, на которую вроде бы приходится около 85% общей массы материи во Вселенной, имеет свойство рассредотачиваться в разреженных кольцеобразных гало, опоясывающих галактики, а вовсе не в относительно компактных межгалактических дисках.

Кроме того, другая неувязка этой альтернативной версии заключалась в том, что наиболее популярные на текущий момент гипотетические кандидаты на роль частиц темной материи — так называемые слабовзаимодействующие элементарные частицы (Weakly Interacting Massive Particles, WIMPs) — предположительно не испускают и не поглощают электромагнитное излучение, участвуя лишь в гравитационном и электрослабом взаимодействии, тогда как для образования достаточно плотных межзвездных дисков — опять-таки по современным теоретическим представлениям — вроде бы необходимо наличие сильных электромагнитных связей между различными его простейшими составляющими (атомами и молекулами).

Чтобы одним махом разрешить эти две теоретические проблемы, Рэндалл и Рис (а также их коллеги Джи Джи Фан и Андрей Кац ) выдвинули в прошлом году оригинальную теорию, постулирующую возможность существования в природе особой разновидности темной материи — так называемой частично взаимодействующей темной материи (Partially Interacting Dark Matter, PIDM). Как полагают авторы этой теории, частицы PIDM, в отличие от частиц WIMPs, могут взаимодействовать друг с другом при помощи некоего «темного аналога» электромагнитной силы, а предполагаемыми частицами — переносчиками этого взаимодействия могут быть «темные фотоны».

Как отметила в одном из прошлогодних интервью Лиза Рэндалл, «наша базовая предпосылка, по сути, предельно проста: раз у частиц обычной материи имеется сразу несколько особых форм взаимодействий друг с другом, то почему бы не предположить, что у темной материи также должна наличествовать своя специфическая “темная” сила и ее особая частица-переносчик?»

По мнению Рэндалл и ее соратников, на долю PIDM приходится лишь около 5% общей массы темной материи во Вселенной, что, впрочем, вполне сопоставимо с совокупной массой обычной материи. И именно данная особая форма темной материи, возможно, ответственна за образование тех самых тонких межзвездных дисков, о существовании которых рассуждали в 80-е годы прошлого века (правда, без всякой их привязки к темной материи) Рампино и Стотерс. В свою очередь, эти PIDM-диски предположительно содержат «темноматериальные эквиваленты» протонов, электронов и прочих частиц, объединяющихся в «темные атомы».