Проблемы «скрытой массы»

В астрономии давно известна так называемая теорема вириала, связывающая размер и массу стационарной звездной системы со скоростями составляющих её тел. Скажем, если известны размеры скопления галактик и скорости отдельных звездных систем, можно вычислить общую массу скопления. Так, например, скопление Кома в созвездии Волосы Вероники имеет поперечник около 26 миллионов световых лет. Скорости отдельных галактик определяются по смещению линий в их спектрах. Получается, что типичные скорости галактик в скоплении Кома близки к 2000 км/с.

Применив теорему о вириале, нетрудно подсчитать, что скопление Кома имеет массу примерно в 3 ·10¹⁵ солнечных масс, а это почти в 10000 раз больше массы нашей Галактики.

При таких расчетах предполагается, что скопление галактик - стационарная система. Это означает, что отдельные галактики связаны взаимным тяготением и они постоянно движутся в некотором ограниченном объеме, ни в коем случае не выходя из него.

Между тем, если оценивать массы галактик в скоплении по их светимости, оказывается, что они в десятки раз меньше тех, какие получаются из теоремы о вириале. Существуют две возможности для объяснения этого парадокса.

Не исключено, что скопления галактик представляют собой нестационарные, распадающиеся системы; тогда теорема вириала к ним неприменима и, следовательно, завышенные оценки масс просто не верны.

Вторая возможность состоит в том, что система галактик устойчива, стационарна. Тогда в них должна находиться «скрытая масса», составляющая примерно 90% общей массы скоплений, но пока непосредственно не наблюдаемая. Первая точка зрения была высказана академиком В.А. Амбарцумяном и его коллегами еще в 50-е годы XX века. Она вполне соответствует его общей концепции - мы живем внестационарной, взрывающейся Вселенной, где повсюду наблюдаются взрывы, распад разной мощности - от вулканических извержений на планетах и их спутниках - до взрывов в ядрах галактик.

Не исключено, что все эти взрывы связаны с взрывом всей Метагалактики, который 15-20 миллиардов лет назад положил начало расширению и разлету всей наблюдаемой системы галактик.

Наша Галактика, как известно, - одна из звездных систем, образующих Местную систему. Если к Местной системе применить теорему о вириале, получается, что и наша Галактика имеет исполинскую корону, в десятки раз по массе превосходящую ту давно известную часть Галактики, которую мы знаем по непосредственным наблюдениям. Такие же массивные короны должны быть и у других галактик. По оценкам сторонников предлагаемой гипотезы «скрытой массы», масса короны нашей Галактики превышает массу Солнца в триллионы (10¹²) раз. Эта сферическая корона якобы простирается от центра галактики во все стороны примерно до 300000 световых лет.

Но при всей грандиозности таких образований короны галактик, мы повторяем, непосредственно не наблюдаются. Из чего тогда они состоят?

Если бы короны состояли из обычных звезд, хотя бы в тысячи раз уступающих в светимости Солнцу, их удалось бы заметить в телескоп. Некоторые предполагают, что короны состоят из множества очень маленьких и почти погасших звезд. Однако прямые доказательства такого утверждения отсутствуют. Если бы невидимая корона нашей Галактики была газовой, её, вероятно, удалось бы обнаружить с помощью радиотелескопов. Некоторые полагают, что в короне есть много черных дыр.

В 70-х годах прошлого столетия выяснилось, что скопление Кома сплошь заполнено горячим межгалактическим газом. Его температура оценивается в 100 миллионов градусов. Этот газ интенсивно испускает рентгеновское излучение, и его масса по некоторым оценкам близка к 3^.10¹⁵ солнечных масс. Как, вероятно, заметил читатель, эта оценка массы близка к той, которая получается из теоремы о вириале. Может быть, в других случаях удастся так же успешно непосредственно найти «скрытую массу»?

В 1980 г. группа советских физиков во главе с В. А. Любимовым нашла, что элементарная частица нейтрино имеет массу, примерно в 30000 раз меньшую массы электрона. Результаты эти пока не подтверждены и не общеприняты. Но если и в самом деле нейтрино «весомо», это очень существенно изменит наши представления о Вселенной. В таком случае «скрытые массы» могут состоять из нейтрино, и получается, что мы живем в нейтринном «океане», составляющем примерно 90% от всей массы Вселенной.

Другое решение проблемы - распадающиеся системы галактик, которые произошли в результате взрывов гипотетического, начиненного энергией «дозвездного вещества». При любом решении проблемы «скрытой массы» наши представления о Вселенной претерпят коренные изменения.