Attēla kredīts: Bērklijs
Tumšā matērija ir neredzams materiāla halo, kas, šķiet, ieskauj katru galaktiku. Līdz šim astronomi uzskatīja, ka tumšā viela, iespējams, veido vienmērīgu daļiņu miglu kosmosā, taču pētnieki no UC Berkeley un MIT ir izveidojuši datorizētu simulāciju tam, kā tumšā viela varētu salīpēt kopā lielākos materiāla gabalos.
Kalifornijas universitātes Bērklijā astrofiziķis saka, ka tumšā matērija, kas satur vēl neatklātu ceturtdaļu Visuma, nav vienveidīga kosmiska migla, bet tā vietā veidojas blīvi salikumi, kas pārvietojas kā putekļu motīvi, kas dejo viegls.
Dokumentā, kas šonedēļ iesniegts D fiziskajā pārskatā, UC Berkeley astronomijas asociētais profesors Chung-Pei Ma un Edmunds Bertschingers no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) pierāda, ka tumšās vielas salikumu kustību var modelēt veids, kas līdzīgs Brownian gaisa kustīgo putekļu vai ziedputekšņu kustībai.
Viņu atklājumiem vajadzētu astrofiziķiem piedāvāt jaunu veidu, kā aprēķināt šī tumšās matērijas spoku Visuma attīstību un saskaņot to ar novērojamo Visumu, sacīja Ma.
Tumšā matērija ir novecojusi astronomijas problēma vairāk nekā 30 gadus. Zvaigznes galaktikās un galaktikas klasteros pārvietojas tādā veidā, kas norāda, ka tur ir vairāk matērijas, nekā mēs varam redzēt. Šķiet, ka šī neredzētā viela atrodas sfēriskā halo, kas, iespējams, pārsniedz 10 reizes tālāk nekā redzamās zvaigžņu halo ap galaktikām. Sākotnējie priekšlikumi par to, ka neredzamo lietu veido izdegušas zvaigznes vai smagi neitrīni, nav iestarpināti, un pašreizējie iecienītākie kandidāti ir eksotiskas daļiņas, ko dažādi sauc par neitrilīnām, aksijām vai citām hipotētiskām supersimetriskām daļiņām. Tā kā šīs eksotiskās daļiņas mijiedarbojas ar parasto vielu tikai caur gravitācijas spēku, nevis caur elektromagnētiskiem viļņiem, tās neizstaro gaismu.
"Mēs redzam tikai pusi no visām daļiņām," sacīja Ma. "Viņi ir pārāk smagi, lai ražotu tagad paātrinātājos, tāpēc puse no pasaules, par kuru mēs nezinām."
Attēls tikai pasliktinājās pirms četriem gadiem, kad tika atklāts, ka “tumšā enerģija” ir vēl vairāk izplatīta nekā tumšā matērija. Kosmiskais konts tagad piesaista tumšo enerģiju aptuveni 69 procentos Visuma, eksotisko tumšo vielu 27 procentos, ikdienišķo tumšo vielu - blāvas, neredzētas zvaigznes - 3 procentos un to, ko mēs patiesībā redzam tikai ar 1 procentu.
Balstoties uz datoru modeļiem, kā tumšā matērija pārvietosies gravitācijas spēka ietekmē, Ma sacīja, ka tumšā matērija nav vienveidīga migla, kas aptver galaktiku kopas. Tā vietā tumšā matērija veido mazākus salikumus, kas virspusēji izskatās kā galaktikas un riņķveida kopas, kuras mēs redzam mūsu spožajā Visumā. Tumšajai matērijai ir dinamiska dzīve, kas nav atkarīga no gaismas materiāla, viņa sacīja.
"Kosmiskais mikroviļņu fons parāda tumšās vielas salipšanas agrīnās sekas, un šie salipumi aug gravitācijas pievilcības ietekmē," viņa sacīja. "Bet tika uzskatīts, ka katrs no šiem salikumiem, halo ap galaktiku kopām, ir gluds. Cilvēki bija ieinteresēti uzzināt, ka augstas izšķirtspējas simulācijas parāda, ka tās nav gludas, bet tām ir sarežģītas apakšstruktūras. Tumšajai pasaulei ir sava dinamiska dzīve. ”
Ma, Bertschinger un UC Berkeley absolvents Michael Boylan-Kolchin pats veica dažas no šīm simulācijām. Arī vairākas citas grupas pēdējo divu gadu laikā ir parādījušās līdzīgas salipšanas.
Tumšās matērijas spoku visums ir redzamā Visuma paraugs, viņa sacīja. Tumšā matērija ir 25 reizes bagātīgāka nekā tikai redzamā matērija, tāpēc redzamajai matērijai būtu jākļaujas visur, kur tumšās matērijas kopas.
Tajā ir problēma, sacīja Ma. Tumšās matērijas evolūcijas datorsimulācijas prognozē daudz vairāk tumšās vielas salikumu reģionā, nekā ir tādu gaišās vielas salikumu, kādus mēs varam redzēt. Ja gaismas materiāls seko tumšajai matērijai, tad katram jābūt gandrīz līdzvērtīgam skaitam.
"Mūsu galaktikā, Piena Ceļā, ir aptuveni duci satelītu, bet simulācijās mēs redzam tūkstošiem tumšās matērijas satelītu," viņa sacīja. "Tumšā matērija Piena ceļā ir dinamiska, dzīvīga vide, kurā tūkstošiem mazāku tumšās matērijas satelītu spiežas ap lielu vecāku tumšās matērijas halo, kas pastāvīgi mijiedarbojas un traucē viens otram."
Turklāt astrofiziķi, kas modelēja tumšās matērijas kustību, bija neizpratnē, lai redzētu, ka katram salikumam ir blīvums, kura maksimums ir centrā un kurš nokrīt uz malām tieši tādā pašā veidā, neatkarīgi no tā lieluma. Tomēr šis universālais blīvuma profils, šķiet, ir pretrunā dažu punduru galaktiku novērojumiem, ko cita starpā veica Ma kolēģis, UC Berkeley astronomijas profesors Leo Blitz un viņa pētījumu grupa.
Ma cer, ka jauns veids, kā aplūkot tumšās matērijas kustību, ar novērojumiem atrisinās šīs problēmas un kvadrātu teoriju. Rakstā “Physical Review”, kas tika apspriests šī gada Amerikas fizisko biedrības sanāksmē, viņa pierādīja, ka tumšās matērijas kustība var būt līdzīga tam, kā Brauna kustība, kuru 1828. gadā aprakstīja botāniķis Roberts Brauns un Alberts Einšteins 1905. gada seminārā. papīrs, kas viņam palīdzēja uzkrāt 1921. gada Nobela prēmiju fizikā.
Brūniņa kustība vispirms tika aprakstīta kā zigzaga ceļš, ko gāja ūdenī peldošu ziedputekšņu graudi, kurus stumj apkārt ūdens molekulas, kas ar to saduras. Šī parādība vienlīdz attiecas uz putekļu kustību gaisā un blīvu tumšās vielas sakņu veidošanos tumšās matērijas Visumā, sacīja Ma.
Šī atziņa “izmantosim citu valodu, atšķirīgu skata punktu nekā standarta skats”, lai izpētītu tumšās matērijas kustību un attīstību, viņa sacīja.
Citi astronomi, piemēram, UC Berkeley emeritētais astronomijas profesors Ivans Kings, ir izmantojuši Brauna kustības teoriju, lai modelētu simtiem tūkstošu zvaigžņu kustību zvaigžņu kopās, taču, Ma teica, “šī ir pirmā reize, kad to piemēro stingri ievērojot lielas kosmoloģiskas skalas. Ideja ir tāda, ka mums nav vienalga, kur tieši ir salikumi, bet drīzāk tas, kā klasiski statistiski izturas sistēmā, kā tie izkliedējas gravitācijas virzienā. ”
Ma atzīmēja, ka Brauna kustību kustības regulē vienādojums - Fokkera-Planka vienādojums, ko izmanto, lai modelētu daudzus stohastiskus vai nejaušus procesus, ieskaitot akciju tirgu. Ma un līdzstrādnieki šobrīd strādā pie šī vienādojuma risināšanas kosmoloģiskajai tumšajai vielai.
"Tas ir pārsteidzoši un apburoši, ka tumšās matērijas evolūcija, salikumu evolūcija pakļaujas vienkāršam, 90 gadus vecam vienādojumam," viņa sacīja.
Darbu atbalstīja Nacionālā aeronautikas un kosmosa pārvalde.
Oriģinālais avots: UC Berkeley
