|
Смоделировали нечеткое галактическое гало из темной материи
|
|
|
|
Темная материя — это тип материи во Вселенной, которая не поглощает, не отражает и не излучает свет, что делает невозможным ее прямое обнаружение. В последние годы астрофизики и космологи всего мира пытаются косвенно обнаружить этот неуловимый тип материи, чтобы лучше понять ее уникальные свойства и состав. Одним из наиболее многообещающих кандидатов на роль темной материи является «нечеткая темная материя» — гипотетическая форма темной материи, которая, как считается, состоит из чрезвычайно легких скалярных частиц. Известно, что этот тип материи трудно моделировать из-за его уникальных характеристик. Исследователи из Университета Сарагосы в Испании и Института астрофизики в Германии недавно предложили новый метод, который можно использовать для моделирования нечеткой темной материи, формирующей галактическое гало. Этот метод, представленный в статье, опубликованной в Physical Review Letters, основан на адаптации алгоритма, который команда представила в своих предыдущих работах.
|
|
|
|
«Числовая проблема для исследований, посвященных нечеткой темной материи, заключается в том, что ее отличительные особенности, флуктуации гранулярной плотности в коллапсирующих гало и нитях, на порядки меньше, чем в любой космологической моделирующей коробке, достаточно большой, чтобы точно отразить динамику космической паутины». Бодо Швабе, один из исследователей, проводивших исследование, рассказал Phys.org. «Таким образом, в течение многих лет люди пытались сочетать эффективные численные методы, фиксирующие крупномасштабную динамику, с алгоритмами, которые требовательны к вычислительным ресурсам, но могут точно отображать эти колебания плотности». В рамках своего недавнего исследования Швабе и его коллега Йенс С. Нимейер адаптировали и улучшили алгоритм, который они представили в своей предыдущей работе. Пока что разработанный ими метод является единственным, который можно успешно использовать для проведения нечетких космологических симуляций темной материи.
|
|
|
Используя свой адаптированный алгоритм, исследователи смогли смоделировать коллапс космической паутины на нити и ореолы. Это было достигнуто с помощью так называемого «метода n тел», который разделяет «начальное поле плотности» на мелкие частицы, свободно эволюционирующие под действием силы тяжести. «Метод n-тел — очень стабильный, хорошо проверенный и эффективный метод, но он не улавливает флуктуации плотности мешающего нечеткого поля темной материи в нитях и гало», — пояснил Швабе. «В крошечном подразделе нашей моделирующей коробки, отслеживающей центр предварительно выбранного гало, мы поэтому переключились на другой алгоритм, известный как метод конечных разностей, который напрямую развивает нечеткую волновую функцию темной материи и, таким образом, может улавливать ее мешающие режимы, приводящие к характерным флуктуациям гранулярной плотности».
|
|
|
|
Хотя методы n-тел и конечно-разностных методов широко используются астрофизиками во всем мире для выполнения космологических симуляций, они редко использовались вместе. Для выполнения своих симуляций Швабе и Нимейер объединили эти два метода, полагаясь на модерацию между ними на поверхности подобъема. В частности, метод, который они использовали, переводит частицы из n тел в когерентные волновые пакеты, известные как «гауссовские лучи». Суперпозиция этих элементов привела к нечеткой волновой функции темной материи на их пересечении, что в конечном итоге позволило выполнить их моделирование. «Наша успешная комбинация методов n-тел и конечных разностей прокладывает путь к реалистичному космологическому нечеткому моделированию темной материи», — добавил Швабе. «Эти симуляции могут включать столкновение двух или более нечетких гало темной материи, эволюцию звездных скоплений внутри гало или их взаимодействие с центральным солитонным ядром, случайное блуждание которого потенциально может нагреть или даже разрушить звездное скопление».
|
|
|
|
Источник
|
