Однако имеется подозрение, что коричневые карлики либо кометы (либо кроме того черные дыры (The Black Hole), в случае, если считать их останками мертвых звезд) составляют только малую часть чёрной материи. Дело в том, что имеется важные основания считать, что чёрная материя по большому счету не складывается из простых атомов. Это предположение связано с дейтерием (тяжелым водородом).
Как уже упоминалось ранее, любой дейтерий, который мы замечаем, должен был появиться на протяжении Большого взрыва, а не синтезироваться в звезд. О его количестве в нашей Вселенной сейчас точно не было известно. Но астрономы нашли спектральный след дейтерия, отличающийся от простого водорода, в свете, идущем от весьма далеких галактик. Для измерений потребовались новые замечательные телескопы с зеркалами диаметром 10 м. Замечаемое содержание дейтерия есть ничтожным: лишь один атом из 50 000 есть атомом дейтерия. Соотношение, которое должно было сохраниться со времен Большого взрыва, зависит от плотности Вселенной, и наблюдения согласуются с теорией, в случае, если плотность образовывает 0,2 атома водорода на 1 м3. Это в достаточной степени соответствует настоящему количеству атомов в светящихся объектах: половина приходится на галактики, а половина – на межгалактический газ, но тогда ничего не остается для объяснения чёрной материи.
В случае, если существует достаточно атомов, дабы составить чёрную материю, которая в пять (а быть может, и вдесятеро) больше того, что мы действительно видим, результаты наблюдений прекратят соответствовать теории. Тогда расчеты Большого взрыва будут предсказывать еще меньше дейтерия и больше гелия, чем мы действительно замечаем, и происхождение дейтерия во Вселенной станет тайной. Это говорит нам о ответственной вещи: атомы во Вселенной, плотность которой образовывает 0,2 атома на 1 м3, создают лишь 4 % критической плотности, а основная масса чёрной материи складывается из чего-то инертного с точки зрения ядерных реакций. Экзотические частицы, а не обычные атомы, вносят основной вклад в значение числа Ω.
Неуловимые частицы, каковые называются нейтрино, – один из кандидатов. У них нет электрического заряда, и они еле взаимодействуют с простыми атомами: практически все нейтрино, каковые попадают в Землю, проходят через нее насквозь. В течение первых нескольких секунд по окончании Большого взрыва, в то время, когда температура достигала 10 млрд градусов, сжатие было столь громадно, что реакции, превращающие фотоны (кванты излучения) в нейтрино, были достаточно стремительны, дабы создать равновесие. Следовательно, количество нейтрино, оставшихся от «космического огненного шара», должно быть связано с числом фотонов. Применяя обычные и непротиворечивые законы физики, любой может подсчитать, что соотношение нейтрино к фотонам должно составлять 3 к 11. на данный момент в излучении, оставшемся от Большого взрыва, содержится 412 млн фотонов на 1 м3. Существует три разновидности нейтрино, и в каждом кубическом сантиметре содержится 113 нейтрино каждого вида – иначе говоря на любой атом во Вселенной приходятся много миллионов нейтрино. Очевидно, в контексте чёрной материи ответственны самые тяжелые из этих трех видов.
Потому, что количество нейтрино существенно превышает количество атомов, они смогут быть основной составляющей чёрной материи, кроме того в случае, если масса каждого из них образовывает одну стомиллионную атома. До 1980-х гг. практически все думали, что нейтрино – это частицы с нулевой массой спокойствия; в таком случае они будут иметь энергию и двигаться со скоростью света, но их гравитационное действие не будет играть роли. (Подобным образом фотоны, оставшиеся от начального этапа существования Вселенной, сейчас обнаруживаются в реликтовом излучении и не проявляют какого-либо заметного гравитационного действия.) Но на данный момент считается, что нейтрино смогут иметь какую-то массу, не смотря на то, что и весьма мелкую.
Лучшим доказательством того, что нейтрино имеют массу, стал опыт «Камиоканде» в Японии. В нем применяли громадный резервуар в форме цилиндра, размещенный в бывшей цинковой шахте. Экспериментаторы изучали нейтрино, идущие от Солнца, где они являются побочным продуктом ядерных реакций в центре, и и другие нейтрино, каковые генерируются весьма стремительными частицами (космическими лучами), попадающими в верхние слои атмосферы Земли. Опыты продемонстрировали ненулевую массу нейтрино, допустимо не такую большую, дабы сделать их весомой составляющей чёрной материи. Однако это было наиболее значимое открытие, связанное с природой самих нейтрино. С одной стороны, оно заставляет микромир казаться более сложным, с другой – масса нейтрино может предложить новые ключи к разгадке взаимоотношений между ними и другими частицами.
По крайней мере, нам как мы знаем, что нейтрино существуют, не смотря на то, что мы так же, как и прежде точно не знаем их массы. Но имеется долгий перечень гипотетических частиц, каковые, быть может, существуют и (в случае, если это так) могли выйти из Большого взрыва в достаточном количестве, дабы внести основной вклад в значение числа Ω. Нет никаких особенно убедительных оснований делать выводы о том, как тяжелы смогут быть эти частицы. Наилучшие предположения дают значение в много раз тяжелее атома водорода. Если бы в Галактике хватало таких частиц, дабы составить чёрную материю, по соседству с Солнцем их бы насчитывалось по нескольку тысяч на 1 м3. Они бы двигались приблизительно с той же скоростью, что и средняя звезда в Галактике, – где-то 300 км/с.
Эти частицы, тяжелые, но электрически нейтральные, в основном, как и нейтрино, проходили бы прямо через Землю. Однако их часть могла бы взаимодействовать с атомами веществ, через каковые они проходят. В течение дня происходило бы всего пара столкновений с каждым из нас (притом что наше тело содержит приблизительно 1029 атомов). Мы же очевидно ничего не чувствуем. Но опыты с высокой чувствительностью смогут найти весьма не сильный «удары» либо отдачу, появляющуюся, в то время, когда такие столкновения происходят с куском кремния либо подобным материалом. Детекторы должны быть охлаждены до низкой температуры и размещены глубоко под землей (к примеру, их располагают в шахте в Йоркшире либо в туннеле под горами в Италии). Это нужно, дабы снизить помехи от других событий, каковые смогут заглушить настоящие сигналы от соударений с чёрной материей.
Пара групп физиков взялись за тяжёлые задачи данной «подземной астрономии». Это узкая и долгая работа, но, в случае, если ученые добьются успеха, они смогут не только определить, из чего же в основном состоит наша Вселенная, а так же еще и открыть новый серьёзный вид частиц. Лишь величайший оптимист мог бы положиться на успех этого предприятия, в силу того, что на настоящий момент у нас нет теории относительно частиц чёрной материи, следовательно, весьма тяжело отыскать оптимальный путь поиска.
на данный момент рассматривается и множество других кандидатов, каковые смогут составлять чёрную материю. Кое-какие физики предпочитают версию о еще более легкой частице, которая называется аксионом. Другие предполагают, что эти частицы смогут быть в миллиард раз тяжелее, чем те, каковые ищут на данный момент (в этом случае они должны видеться в миллиард раз реже, что делает поиск еще более тяжёлым). Либо они могли бы быть куда более экзотическими – к примеру, черные дыры (The Black Hole) размером с атом, созданные под огромным давлением первоначальной Вселенной.
