[97], что позволяет предположить, что в какой-то конкретной точке своей орбиты Земля проходит через пучок вимп-частиц. Проблема в том, что другие эксперименты тоже должны регистрировать эти частицы, а этого не происходит. DAMA что-то видит, но это, вероятно, не вимп-частицы.
Может ли оказаться, что темное вещество представляет собой значительно более тяжелые частицы, этакие вимпзиллы (WIMPZILLA)? Может. Данные радиотелескопа BICEP2 убедительно свидетельствуют, что ранняя Вселенная обладала достаточной энергией, чтобы породить неуловимый инфлатон, а он затем мог распасться на вимпзиллы. Все очень хорошо, но эти монстры настолько энергичны, что мы не можем их получить искусственно, а сквозь обычное вещество они проходят так, как будто его вообще нет; в результате мы никак не можем их увидеть. Но, может быть, мы сумеем увидеть то, что они порождают при ударе обо что-нибудь: таким поиском занимается эксперимент IceCube возле Северного полюса. Из 137 нейтрино высоких энергий, обнаруженных им в середине 2015 года, три могли бы быть порождением вимпзилл.
С другой стороны, скрытую массу могут обеспечивать аксионы. Их предложили Роберто Печчеи и Хелен Куинн в 1977 году как средство решения досадной проблемы CP-инвариантности. Дело в том, что некоторые взаимодействия частиц нарушают базовую симметрию природы, в которой совмещены зарядовое сопряжение (conjugation C, замена частицы на соответствующую античастицу) и четность (parity P, зеркальное отображение пространства). Оказывается, эта симметрия не соблюдается при некоторых взаимодействиях частиц посредством слабых ядерных сил. А вот в квантовой хромодинамике, где задействовано сильное ядерное взаимодействие, CP-симметрия есть. Вопрос: почему? Печчеи и Куинн разрешили эту проблему введением дополнительной симметрии, которую разрушает новая частица, названная аксионом. Опять же, экспериментаторы искали эти частицы, но ничего убедительного найти пока не удалось.
Если ничто из перечисленного, то что?
Нейтрино — прекрасный пример странных частиц, которые, казалось, почти невозможно зарегистрировать. Солнце излучает нейтрино во множестве, но первые детекторы обнаружили лишь третью часть от ожидаемого числа солнечных нейтрино. Однако нейтрино бывают трех типов, и сегодня установлено, что в пути они превращаются из одного типа в другой. Первые детекторы регистрировали нейтрино только одного типа. После того как детекторы были доработаны и получили возможность регистрировать нейтрино всех трех типов, их число утроилось. Кроме того, мог бы в принципе существовать и четвертый тип нейтрино, получивший название стерильного нейтрино. Все нейтрино стандартной модели левые; стерильные, если они есть, — правые. (Специальный термин: хиральность, отличающая частицы от их зеркальных отражений.) Если стерильные нейтрино действительно существуют, они должны будут привести нейтрино в соответствие со всеми остальными частицами и, кроме того, объяснить массы нейтрино, что было бы замечательно. Они могли бы в принципе оказаться темным излучением, обеспечивающим взаимодействие между темными частицами, если таковые существуют. Было проведено несколько экспериментов, нацеленных на их обнаружение. MiniBooNE лаборатории Fermilab в 2007 году ничего не обнаружил, а спутник Planck ничего не обнаружил в 2013 году. Но во французском эксперименте с нейтрино, излученными ядерным реактором, 3 % антинейтрино испарились в неизвестном направлении. Возможно, это были стерильные нейтрино.
Каталог аббревиатур — названий экспериментов, придуманных для охоты на темное вещество или предположительно способных его заметить, напоминает список организованных правительством квазиавтономных неправительственных организаций: ArDM, CDMS, CRESST, DEAP, DMTPC, DRIFT, EDELWEISS, EURECA, LUX, MIMAC, PICASSO, SIMPLE, SNOLAB, WARP, XENON, ZEPLIN… Хотя эти эксперименты принесли ученым ценную информацию и многого достигли, никакого темного вещества они не обнаружили.
Космический гамма-телескоп Fermi в 2010 году все же обнаружил потенциальные признаки темного вещества в самом центре нашей Галактики. Нечто там излучало большое количество гамма-лучей. Это наблюдение рассматривалось как весомое свидетельство в пользу темного вещества, некоторые формы которого могут распадаться на частицы, которые при столкновениях испускают гамма-лучи. Некоторые физики даже считали этот источник своего рода «дымящимся ружьем», подтверждающим существование темного вещества. Однако в настоящее время кажется, что причина кроется в обычном веществе: тысячи не замеченных прежде пульсаров — а их несложно не заметить, учитывая хотя бы огромное количество объектов в забитом до отказа галактическом ядре и трудности, связанные с наблюдением этой области[98]. Более того, если избыток гамма-излучения действительно вызван темным веществом, то другие галактики тоже должны были бы излучать аналогичное количество гамма-лучей. Если верить Кеворку Абазаджяну и Райану Кили, они этого не делают. «Дымящееся ружье» не оправдало ожиданий.
В 2015 году Грегори Рухти, Джастин Рид и другие занялись поисками иных доказательств присутствия темного вещества в диске Галактики. За многие эпохи Млечный Путь проглотил десятки меньших по размеру галактик-спутников и должен был бы съесть и их гало из темного вещества тоже. Как и в случае с протопланетным диском, это темное вещество должно, по идее, быть сосредоточено в диске, примерно совпадающем по форме с диском обычного вещества Галактики. Теоретически, его можно обнаружить, поскольку оно затрагивает химию звезд. Звезды-гости должны быть чуть горячее, чем местные обитатели. Однако исследование 4675 звезд-кандидатов в составе диска не обнаружило ничего подобного, хотя на более далеких расстояниях обнаружилось некоторое количество таких звезд. Представляется, таким образом, что у Галактики нет диска из темного вещества. Это не мешает ей иметь обычное сферическое гало, но немного усиливает тревожное ощущение, что темного вещества, может быть, не существует вовсе.
Иногда с темным веществом возникают проблемы, потому что его оказывается слишком много. Вспомним, что шаровые скопления — это относительно небольшие сферические скопления звезд, обращающиеся вокруг нашей Галактики и многих других галактик. Темное вещество взаимодействует только посредством гравитации и, соответственно, не может испускать электромагнитное излучение. Поэтому оно не в состоянии избавляться от тепла, что совершенно необходимо при сжатии под действием гравитации, и, следовательно, не может образовывать такие маленькие сгустки, как шаровые скопления. Следовательно, шаровые скопления не могут содержать много темного вещества. Однако Скарпа считает, что звезды ω Центавра — крупнейшего шарового скопления нашей Галактики — движутся слишком быстро, чтобы это можно было объяснить влиянием видимого вещества. А поскольку темного вещества там быть не должно, то получается, что за аномалию в принципе может отвечать что-то другое, быть может, даже другой закон тяготения.
Несмотря на большие затраты изобретательности, времени, энергии и денег на бесплодные до сих пор поиски частиц темного вещества, большинство астрономов (и в особенности космологов) считают существование темного вещества практически установленным фактом. На самом же деле эта загадочная субстанция выполняет свою задачу не так хорошо, как обычно утверждается. Сферическое гало из темного вещества — стандартное допущение — не делает объяснение галактической кривой вращения достаточно убедительным. Другие варианты распределения темного вещества работали бы лучше, но тогда вам пришлось бы объяснять, почему вещество, способное взаимодействовать только посредством гравитации, должно быть распределено таким образом. Сложности такого рода, как правило, замалчиваются, а сомнения в существовании темного вещества воспринимаются как своего рода ересь.
Следует признать, что логический вывод о существовании невидимого вещества на основе наблюдаемых аномалий в орбитах звезд или планет — это метод с давней и в основном вполне достойной историей. Он позволил успешно предсказать существование Нептуна. Он удачно сработал с Плутоном, хотя здесь расчеты основывались на предположениях, которые позже оказались ошибочными, но тем не менее объект был обнаружен вблизи предсказанного положения. Он позволил найти у планет-гигантов несколько небольших лун. А еще он подтвердил теорию относительности, объяснив с ее помощью аномалии в прецессии перигелия Меркурия. Более того, многие экзопланеты были открыты именно так: вывод об их существовании сделан на основе того, как под их влиянием колеблется материнская звезда.
С другой стороны, по крайней мере в одном случае этот метод дал куда менее достойный результат: Вулкан. Как мы видели в главе 4, предсказание этого несуществующего мира, будто бы обращающегося вокруг Солнца внутри орбиты Венеры, было попыткой объяснить прецессию перигелия Меркурия, приписав аномалии возмущающему влиянию некоей необнаруженной пока планеты.
В свете этих прецедентов основной вопрос стоит так: темное вещество — это Нептун или Вулкан? Подавляющее астрономическое большинство убеждено, что это Нептун. Но если так, то это Нептун, которому на данный момент недостает одного — самого Нептуна. В противовес ортодоксальному мнению мы должны указать растущее, особенно среди части физиков и математиков, убеждение в том, что это все же Вулкан.
Поскольку темное вещество проявляет, похоже, феноменальную скромность всякий раз, когда кто-то его всерьез ищет, нам следует рассмотреть также возможность того, что его вовсе нет в природе. Гравитационные эффекты, которые заставили космологов постулировать его существование, представляются бесспорными, так что нам, вероятно, следует поискать для них какое-то другое объяснение. Мы могли бы, к примеру, пойти по стопам Эйнштейна и заняться поисками нового закона гравитации. У него же получилось!