|
Ученые составляют карту ореолов темной материи
|
|
|
|
Темная материя и ее влияние на космологию озадачивают физиков почти столетие. В Институте Периметра два исследователя пытаются лучше понять, как один из потенциальных кандидатов в темную материю, самодействующая темная материя (SIDM), может влиять на эволюцию космических структур.
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters 24 ноября 2025 года, Джеймс Гуриан и Саймон Май, возможно, раскроют новый код для изучения связи SIDM с эволюцией галактик и позволят исследовать ряд взаимодействий частиц, которые были практически недоступны при использовании предыдущих методов.
|
|
Темная материя, которая танцует в одиночку
|
|
|
|
SIDM - это кандидат на получение темной материи, частицы которой могут сталкиваться и отскакивать друг от друга, но не взаимодействуют с барионной материей, "обычной" материей, которую мы можем наблюдать, такой как протоны, нейтроны и электроны. Столкновения SIDM сохраняют энергию в результате так называемого упругого самовзаимодействия. Это имеет значение для гало темной материи — космологических структур, которые, согласно теории, играют ключевую роль в звездообразовании и эволюции галактик.
|
|
|
|
"Темная материя образует относительно рассеянные скопления, плотность которых все еще намного превышает среднюю плотность Вселенной", - говорит Гуриан, научный сотрудник Perimeter, соавтор исследования. "Млечный Путь и другие галактики находятся в ореолах темной материи".
|
|
|
|
Природа SIDM помогает управлять процессом, называемым гравитационным коллапсом, внутри этих ореолов темной материи. Гравитационный коллапс является следствием того неочевидного факта, что связанные гравитацией системы нагреваются при удалении энергии, а не при охлаждении.
|
|
|
|
|
|
|
"У вас есть эта самодействующая темная материя, которая переносит энергию, и она стремится выводить энергию наружу в этих ореолах", - говорит Гуриан. "Это приводит к тому, что внутреннее ядро становится по-настоящему горячим и плотным по мере того, как энергия выводится наружу". Конечным результатом этого процесса является гравитационно-термический коллапс активной зоны.
|
|
|
|
Составить карту структур, образованных SIDM, непросто, но физики разработали несколько подходов, каждый из которых лучше всего подходит для конкретных плотностей вещества.
|
|
|
|
"Один из подходов - это моделирование с использованием N тел, которое действительно хорошо работает, когда темная материя не очень плотная и столкновения происходят нечасто. Другой подход — это плавный подход, и он работает, когда темная материя очень плотная и столкновения часты".
|
|
|
|
"Но для промежуточной обработки не было подходящего метода", - говорит Гуриан. "Вам нужен промежуточный подход, чтобы правильно выбирать между частями с низкой и высокой плотностью. Это и послужило основой для этого проекта".
|
|
|
|
Гуриан и его соавтор Саймон Мэй, бывший научный сотрудник Perimeter, а ныне научный сотрудник по подготовке ERC в Билефельдском университете, разработали код для устранения этой недостающей середины. Этот код, KISS-SIDM, работает быстрее и точнее, чем предыдущие коды, которые были до него, и является общедоступным для использования исследователями.
|
|
|
|
"Раньше, если вы хотели проверить различные параметры самодействующей темной материи, вам нужно было либо использовать эту действительно упрощенную жидкостную модель, либо использовать кластер, что требует больших вычислительных затрат. Этот код быстрее, и вы можете запустить его на своем ноутбуке", - говорит Гуриан.
|
|
|
|
"В последнее время наблюдается значительный интерес к моделям взаимодействия темной материи из-за возможных аномалий, обнаруженных при наблюдениях галактик, которые могут потребовать новой физики в темном секторе", - говорит Нил Далал (Neal Dalal), исследовательский факультет Perimeter.
|
|
|
|
"Ранее было невозможно выполнить точные расчеты формирования космической структуры в рамках такого рода моделей, но метод, разработанный Джеймсом и Саймоном, предоставляет решение, которое, наконец, позволяет нам моделировать эволюцию темной материи в моделях со значительными взаимодействиями", - говорит Далал. "Их статья должна позволить провести широкий спектр исследований, которые ранее были трудноразрешимыми".
|
|
|
|
Понимание процесса коллапса ядра также интересует физиков, поскольку оно может иметь наблюдаемые последствия для формирования черных дыр. Но детали того, как заканчивается этот процесс, остаются открытым вопросом в физике, говорит Гуриан. Этот код - шаг к ответу на него, говорит он.
|
|
|
|
"Фундаментальный вопрос заключается в том, какова конечная точка этого коллапса? Это то, что мы действительно хотели бы сделать — изучить фазу после образования черной дыры".
|
|
|
|
Источник
|
