|
Исследования проливают свет на темную материю
|
|
|
|
Исследовательская группа под руководством Калифорнийского университета в Сан-Франциско создала серию смоделированных на суперкомпьютере двойников нашей галактики Млечный Путь, которые могут помочь ученым найти новые ответы на одну из самых больших загадок Вселенной: темную материю, невидимую субстанцию, составляющую около 85% всей существующей материи.
|
|
|
|
Исследованием руководили космолог Вера Глущевич, доцент Колледжа литературы, искусств и естественных наук в Дорнсайфе при Университете Калифорнии, а также Итан Надлер, бывший постдок обсерваторий USC и Карнеги, который в настоящее время является доцентом Калифорнийского университета в Сан-Диего, и Эндрю Бенсон, профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего. штатный научный сотрудник обсерватории Карнеги.
|
|
|
|
Они назвали свой проект моделирования "COZMIC" — сокращение от "Космологическое моделирование с увеличением масштаба изображения с начальными условиями за пределами холодной темной материи".
|
|
|
|
Ученые десятилетиями знали о существовании темной материи, но до сих пор им не удавалось изучить, как рождаются и развиваются галактики во Вселенной, где взаимодействуют темная и нормальная материя. По словам команды, COZMIC сделал это возможным.
|
|
|
|
Разработка COZMIC и результаты команды описаны в трех исследованиях, опубликованных сегодня (в понедельник, 16 июня) в Astrophysical Journal, издании Американского астрономического общества. (см. COZMIC I, COZMIC II и COZMIC III)
|
|
|
|
|
|
|
Сердце темной материи
|
|
|
|
Ученые знают, что темная материя реальна, потому что она влияет на то, как галактики движутся и слипаются. Например, галактики вращаются так быстро, что должны разлетаться в разные стороны, но этого не происходит. Что—то невидимое удерживает их вместе; многие ученые считают, что в основе всего этого лежит темная материя - идея, впервые предложенная в 1933 году швейцарским исследователем Фрицем Цвикки. С тех пор исследования темной материи развиваются.
|
|
|
|
Темную материю сложно изучать, потому что она не излучает свет или энергию, которые можно было бы легко обнаружить. Ученые изучают темную материю, наблюдая за тем, как она влияет на движение и структуры, такие как галактики. Однако это все равно, что изучать чью-то тень, не имея возможности детально изучить самого человека, отбрасывающего эту тень.
|
|
|
|
Для проведения этого комплекса исследований исследовательская группа предприняла шаг к внедрению новой физики — не только стандартной физики элементарных частиц и теории относительности — и запрограммировала суперкомпьютер на создание очень подробных космологических симуляций с помощью COZMIC, чтобы проверить различные идеи о том, что может делать темная материя.
|
|
|
|
"Мы хотим измерить массы и другие квантовые свойства этих частиц, а также то, как они взаимодействуют со всем остальным", - сказал Глущевич. "С помощью COZMIC мы впервые можем моделировать галактики, подобные нашей, в соответствии с радикально отличающимися физическими законами, и проверять эти законы на реальных астрономических наблюдениях".
|
|
|
|
Помимо Глусевича, Надлера и Бенсона, в команду COZMIC входят Хай-Бо Ю из Калифорнийского университета в Риверсайде, Данен Ян, ранее работавший в Калифорнийском университете в Риверсайде, а ныне в обсерватории Пурпурной горы CAS, Сяолун Ду из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Руй Ан, ранее работавший в университете Южной Калифорнии.
|
|
|
|
Несколько сценариев развития темной материи
|
|
|
|
"Наше моделирование показывает, что наблюдения за самыми маленькими галактиками могут быть использованы для определения моделей темной материи", - сказал Надлер.
|
|
|
|
Для исследований с COZMIC ученые учли следующие сценарии поведения темной материи:
|
|
|
|
- Модель бильярдного шара: В этом первом исследовании каждая частица темной материи сталкивается с протонами на ранней стадии развития Вселенной, подобно тому, как бильярдные шары впервые приводятся в движение. Это взаимодействие сглаживает мелкомасштабные структуры и устраняет галактики-спутники в Млечном Пути. Исследование также включает сценарии, в которых темная материя движется с высокой скоростью, и другие, в которых она состоит из частиц с чрезвычайно низкой массой.
|
|
- Модель со смешанными секторами: Это второе исследование представляет собой гибридный сценарий, в котором некоторые частицы темной материи взаимодействуют с обычной материей, но другие проходят сквозь нее.
|
|
- Модель самовзаимодействия: Для этого третьего исследования ученые смоделировали сценарий, в котором темная материя взаимодействует сама с собой как на заре времен, так и сегодня, изменяя формирование галактик на протяжении всей космической истории.
|
|
|
|
По словам Бенсона, проводя это моделирование, ученые вводят новые физические данные в суперкомпьютер, чтобы создать галактику, структура которой несет в себе признаки взаимодействия между обычной и темной материей.
|
|
|
|
Глущевич добавил: "Хотя многие предыдущие программы моделирования изучали влияние массы темной материи или взаимодействия с самим собой, до сих пор ни одна из них не моделировала взаимодействие темной материи с обычной материей. Такие взаимодействия не являются экзотическими или неправдоподобными. На самом деле, они, вероятно, существуют".
|
|
|
|
Новый день для изучения темной материи
|
|
|
|
Команда говорит, что это большой шаг вперед в выяснении того, что же такое темная материя на самом деле. Они надеются, что, сравнив свои галактики-близнецы с настоящими изображениями, полученными с помощью телескопа, они смогут еще больше приблизиться к разгадке одной из самых больших загадок космоса.
|
|
|
|
"Мы наконец-то можем спросить: "Какая версия Вселенной больше всего похожа на нашу?" - сказал Глущевич.
|
|
|
|
Команда COZMIC планирует расширить свою работу, напрямую проверив предсказания, полученные в результате моделирования, на данных телескопа, чтобы они могли обнаружить признаки поведения темной материи в реальных галактиках.
|
|
|
|
Этот следующий этап может как никогда приблизить ученых к пониманию того, что такое темная материя и как она формирует космос.
|
|
|
|
Источник
|
