Tamsioji materija ir juodosios skylė – šie Visatos objektai tebėra mūsų pažinimo pirminėje stadijoje ir net vaizduotėje suvokiami miglotai.
Nobelio premiją už gravitacijos ir juodųjų skylių tyrimus gavęs Kip Thorne pagelbėjo filme Interstellar sukuriant Gargantiua juodosios bedugnės vaizdus
Tamsioji materija, kurią mėginama apibrėžti kaip nematomą neelektromagnetišką medžiagą, nežinomos sudėties ir būsenos, bet labai gausią kosmose. 1986 metais pasiūlius M. Turner, jos struktūriniai elementai vadinamii vimpais (WIMP – Weakly Interacting Massive Particle). Tai silpnai veikiančios hipotetinės dalelės, stambesnės už atomines. Teigiama, jog tamsioji materija yra bent šešiariopai tankesnė. Italijos požeminėje laboratorijoje Gran Sasso 2012-ais mėginta įvertinti vimpo masę 3-100GeV/s2 (3,2 t suskystinto ksenono detektoriumi).
Pastebėta Saulės gravitaciją silpstant tolinantis nuo jos, o tamsiosios materijos – stiprėjant. Erdvėlaivis New Horizons nulėkęs apie 3 Tm dėl šios priežasties nukrypo nuo teorinės trajektorijos 1,6 m. E. Belbruno (Princeton universitetas) su J. Green apskaičiavo net ribą, ties kuria tamsios materijos gravitacija tampa vyraujančia – 30 tūkst AU (4,5 Pm). Tamsiosios materijos egzistavimą pirmasis įtarė F. Zwicky 1930-ais. 1970-ais V. Rubin įrodė žvaigždžių judėjimą nepaklūstant fizikos dėsniams. Astroskopai Hubble ir Chandra palyginti neseniai aptiko gravitacinius lęšiųs arba erdvės išlinkimo reiškinius.
Tamsiosios materijos stebėjimai
Tuoj pradesiančiu veikti Webb‘u ir netrukus startuosiančiu Grace Roman‘u bei Euklidu tikimasi sužinoti tamsiosios materijos įtaką galaktikų formoms ir judesiams. Beje, dar 1906-ais J.Poincare, vystydamas lordo Kelvino idėją matuoti žvaigždžių mases pagal greičių skirstinius, vartojo terminą „tamsusis kūnas“, 1932-ais J. Oort tikslino tamsiosios materijos kiekį pagal žvaigždžių vertikalius svyravimus.
Naujų duomenų teikia astroskopo Hubble vaizdų Abell-1689 ir -2218 tyrimai (išanalizuoti bent 400 žvaigždžių 13 tūkst šm toliuose vaizdai. Pagal Lambda-CDM (Cold Dark Matter) kosmologinį modelį Visatoje yra 22-26 % tamsiosios materijos, 68-74 % tamsiosios energijos ir 4-4,9 % matomos barioninės materijos.
Šiaip kosminė erdvė yra labai tuščia. Mūsų Paukščių Tako galaktikoje apie 300 mlrd žvaigždžių išsidėstę vidutiniškai kas 5 šm viena nuo kitos. 1983-ais astroskopu IRAS (InfraRed Astronomical Satellite) orbituojančiu apie Žemę 885-903 km atstumu, nuskenuota 96 % aplinkinės erdvės. Buvo sudarytas dangulapis ir stebėti galaktikų susiliejimai bei nepaaiškinti energijos pliūpsniai. Išsamiau šiuos reiškinius tyrė vėlesni astroskopai Hubble, Spitzer, Chandra, Hershel ir NuStar. Jie pastebėjo labai jonizuotas spinduliuotes liudijant supermasyvių juodųjų skylių ten buvimą. Hubble kamera ACS (Advanced Camera for Survey, šį kovą švęsianti 20-metį) pateikė 125 tūkst vaizdų iš tolimosios Visatos tamsialapio sudarymui ir aptiko unikalų gravitacinį lęšį Abell 1689 klasteryje su trilijonu žvaigždžių 2 mln šm erdvėje.
Tamsioji materija teorijose
Kuriamos teorijos: pasak Seulo universiteto (Pietų Korėja) tamsiąją materiją sudaro Fermi rutuliukai kvantiniuose maišuose nuo Didžiojo Sprogimo nesimetrinių fazinių virsmų (gal ir fermionai su kvarkais); York universiteto (Jungtinė Karalystė) – irgi Didžiojo Sprogimo produktai heksakvarkai; plazminės kosmologijos variantas, teigiantis elektrines sąveikas esant reikšmingesnėmis didesnėse erdvėse (galaktikų ir klasterių). Laidžioje plazmoje gali tekėti labai stiprios iki 10 EA (eksaamperų, t.y. 1019 A) srovės ir generuoti milžiniškus magnetinius laukus, sukeliančius tamsios materijos iliuziją. Prof D. Persson (Chalmers universitetas Švedijoj) siūlo kvantinės gravitacijos teoriją ir mėgins aprašyti tamsiąją materiją kvantomechaniniais virpesiais, o juodosios skylės tankio virsmus – holografiniu principu.
Juodoji skylė apibrėžiama kaip supermasyvi erdvėlaikio sritis, pasižyminti labai stipriu gravitaciniu lauku, bet neskleidžianti nei materijos, nei elektromagnetinių spinduliuočių, ir aptinkama įvairiose galaktikose pagal gravitacinius poveikius. Juodosios skylės aplinkoje tvyro galybė materijos (dažniausiai disko pavidalo), kuri blokuoja spinduliuotes ir sudaro žemos temperatūros erdves. Manoma juodąją skylę formuojantis žvaigždžių irimo pasekmėje ir egzistavimo pabaigoje virstant šiluma (gal ir tamsiaja materija).