Vaizdo kreditas: Berkeley
Tamsioji materija yra nematoma medžiagos halo, kuri, atrodo, supa visas galaktikas. Iki šiol astronomai manė, kad tamsiosios medžiagos tikriausiai sudaro tolygią dalelių miglą erdvėje, tačiau UC Berkeley ir MIT tyrėjai sukūrė kompiuterinį modeliavimą, kaip tamsiosios medžiagos gali susiburti į didesnius medžiagos gabalus.
Kalifornijos universiteto Berkeley universiteto astrofizikas sako, kad „tamsiosios materijos“, apimančios vis dar nepastebėtą ketvirtadalį visatos, nėra vienodas kosminis rūkas, bet ji sudaro tankius gumulėlius, judančius kaip dulkių motyvai, šokantys šachtoje. lengvas.
Šią savaitę „Physical Review D“ pateiktame dokumente UC Berkeley astronomijos docentas Chung-Pei Ma ir Masačusetso technologijos instituto (MIT) Edmundas Bertschingeris įrodo, kad tamsiosios medžiagos gumulėlių judesius galima modeliuoti būdas, panašus į Browno dulkių ar žiedadulkių judesį.
Jų išvados turėtų astrofizikams suteikti naują būdą apskaičiuoti šios tamsiųjų medžiagų vaiduoklių visatos evoliuciją ir suderinti ją su stebima visata, - sakė Ma.
Tamsi materija jau daugiau kaip 30 metų yra niūri astronomijos problema. Žvaigždės galaktikose ir galaktikos klasteriuose juda taip, kad rodo, kad ten yra daugiau materijos, nei mes galime pamatyti. Atrodo, kad šis nematytas dalykas yra sferiniame halogelyje, kuris tęsiasi tikriausiai 10 kartų toliau nei matomas žvaigždžių halogenas aplink galaktikas. Ankstyvieji pasiūlymai, kad nematomą materiją sudaro sudegusios žvaigždės ar sunkūs neutrinai, neatsirado, o dabartiniai mėgstamiausi kandidatai yra egzotinės dalelės, įvairiai vadinamos neutrilinais, aksionais ar kitomis hipotetinėmis supersimetrinėmis dalelėmis. Kadangi šios egzotinės dalelės sąveikauja su įprasta materija tik per gravitaciją, o ne per elektromagnetines bangas, jos neišskiria šviesos.
„Mes matome tik pusę visų dalelių“, - sakė Ma. „Jie yra per sunkūs, kad dabar galėtų gaminti greitintuvuose, taigi pusė pasaulio, apie kurį nežinome“.
Vaizdas pablogėjo tik prieš ketverius metus, kai buvo nustatyta, kad „tamsiosios energijos“ yra dar labiau paplitusios nei tamsiosios medžiagos. Kosminė sąskaita tamsiąją energiją dabar sieja apie 69 procentus visatos, egzotišką tamsiąją medžiagą - 27 procentus, žemiškąją tamsiąją medžiagą - silpnąsias, nematytas žvaigždes - 3 procentus, o tai, ką iš tikrųjų matome tik 1 procentą.
Remdamasis kompiuteriniais modeliais, kaip tamsioji materija judėtų veikiant gravitacijos jėgai, Ma teigė, kad tamsioji medžiaga nėra vienoda migla, apgaubianti galaktikų grupes. Vietoj to, tamsiosios materijos sudaro mažesnius gumulėlius, kurie paviršutiniškai atrodo kaip galaktikos ir rutuliniai klasteriai, kuriuos matome savo šviečiančioje visatoje. Pasak jos, tamsiosios medžiagos gyvenimas yra dinamiškas, nepriklausantis nuo šviečiančios materijos.
„Kosminiai mikrobangų fone matomi ankstyvieji tamsiosios medžiagos sankaupos padariniai. Šie gumulėliai auga gravitaciniu traukos būdu“, - sakė ji. „Bet buvo manoma, kad kiekvienas iš šių gumulų, halogenų aplink galaktikų sankaupas, yra lygus. Žmonėms buvo įdomu sužinoti, kad didelės skiriamosios gebos modeliavimas rodo, kad jie nėra lygūs, tačiau turi sudėtingas substruktūras. Tamsusis pasaulis turi dinamišką savo gyvenimą. “
Ma, Bertschingeris ir UC Berkeley universiteto studentas Michaelas Boylanas-Kolchinas kai kuriuos iš šių modeliavimų atliko patys. Kelios kitos grupės per pastaruosius dvejus metus taip pat pademonstravo panašų nuosmukį.
Tamsiosios materijos vaiduoklių visata yra matomos visatos šablonas, sakė ji. Tamsiosios materijos yra 25 kartus daugiau nei vien tik matomosios materijos, todėl matomoji materija turėtų kauptis visur, kur telpa tamsioji materija.
Čia slypi problema, sakė Ma. Kompiuteriniai tamsiosios medžiagos evoliucijos modeliavimai numato kur kas daugiau tamsiosios medžiagos gumulų regione, nei yra tokių matomų švytinčių medžiagų gumulų. Jei šviesioji medžiaga seka tamsiąją medžiagą, kiekvienos jų skaičius turėtų būti beveik lygus.
„Mūsų galaktikoje, Paukščių Take, yra apie keliolika palydovų, tačiau simuliacijose matome tūkstančius palydovų su tamsąja medžiaga“, - sakė ji. „Tamsiosios medžiagos Paukščių Take yra dinamiška, gyva aplinka, kurioje tūkstančiai mažesnių tamsiosios materijos palydovų sukasi aplink didelį tėviškosios tamsiosios materijos halogeną, nuolat sąveikaudami ir trikdydami vienas kitą.“
Be to, astrofizikai, modeliuojantys tamsiosios medžiagos judesius, buvo suglumę norėdami pamatyti, kad kiekvienos gumulės tankis yra didžiausias centre ir nukrito link kraštų tokiu pačiu būdu, nepriklausomai nuo jo dydžio. Tačiau šis universalus tankio profilis, atrodo, prieštarauja kai kurių nykštukinių galaktikų stebėjimams, kuriuos, be kita ko, padarė Ma kolega, UC Berkeley astronomijos profesorius Leo Blitzas ir jo tyrimų grupė.
Ma tikisi, kad naujas būdas pažvelgti į tamsiosios materijos judėjimą padės išspręsti šias problemas ir kvadrato teoriją stebint. Straipsnyje „Physical Review“, aptartame ankstesniame šių metų Amerikos fizikų draugijos susitikime, ji įrodė, kad tamsiosios medžiagos judėjimas gali būti modeliuojamas panašiai kaip Browno judesys, kurį botanikas Robertas Brownas aprašė 1828 m., O Albertas Einšteinas paaiškino 1905 m. popierius, padėjęs jam surinkti 1921 m. Nobelio fizikos premiją.
Brownian judėjimas pirmiausia buvo apibūdintas kaip zigzago kelias, kurį nueina vandenyje plūduriuojančios žiedadulkės, kurias pastumia vandens molekulės, susiduriančios su juo. Šis reiškinys vienodai susijęs su dulkių judėjimu ore ir tankiomis tamsiosios medžiagos sankaupomis tamsiosios materijos visatoje, sakė Ma.
Ši įžvalga „vartokime kitokią kalbą, kitokį požiūrį nei įprastas vaizdas“, norėdami ištirti tamsiosios medžiagos judėjimą ir evoliuciją, sakė ji.
Kiti astronomai, tokie kaip UC Berkeley astronomijos profesorius Ivanas Kingas, pasinaudojo Browno judesio teorija, kad modeliuotų šimtų tūkstančių žvaigždžių judėjimą žvaigždžių spiečiuose, tačiau tai, pasak Ma, „pirmą kartą pritaikė“. griežtai laikantis didelių kosmologinių skalių. Idėja yra ta, kad mums visiškai nerūpi, kur yra gumulėliai, o greičiau tai, kaip stagnacijos sistemoje stambiai elgiasi, kaip jie išsisklaido gravitaciniu požiūriu. “
Ma atkreipė dėmesį į tai, kad Browno judesių judesius reguliuoja lygtis - Fokkerio-Plancko lygtis, kuri naudojama modeliuoti daugelį stochastinių ar atsitiktinių procesų, įskaitant akcijų rinką. Ma ir bendradarbiai šiuo metu siekia išspręsti šią kosmologinės tamsiosios medžiagos lygtį.
„Stebina ir džiugina tai, kad tamsiosios materijos evoliucija, gumulų evoliucija paklūsta paprastajai 90 metų lygčiai“, - sakė ji.
Darbą rėmė Nacionalinė aeronautikos ir kosmoso administracija.
Originalus šaltinis: UC Berkeley
