Kép jóváírása: Berkeley
A sötét anyag egy láthatatlan anyag halo, amely úgy tűnik, hogy körülveszi minden galaxist. A csillagászok eddig úgy gondolták, hogy a sötét anyag valószínűleg egyenletes részecske-ködöt képez az űrben, ám az UC Berkeley és az MIT kutatói számítógépes szimulációt készítettek arról, hogy a sötét anyag hogyan rakódhat össze nagyobb anyagdarabokban.
A világegyetem még mindig észrevétlen egynegyedét alkotó „sötét anyag” nem egységes kozmikus köd - mondja a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem asztrofizikusa - ehelyett sűrű csomókat képez, amelyek úgy mozognak, mint a por motívumai, amelyek egy tengelyén táncolnak. könnyű.
Az ezen a héten a Physical Review D-hez benyújtott cikkben Chung-Pei Ma, az UC Berkeley csillagászati egyetemi docens, és Edmund Bertschinger a Massachusetts Technológiai Intézetből (MIT) igazolják, hogy a sötét anyagcsomók mozgása modellezhető hasonló módon, mint a levegőn átterjedő por vagy pollen Brown-mozgása.
Megállapításaiknak új módszert kell adniuk az asztrofizikusoknak a sötét anyag ezen szellem-univerzumának fejlődésének kiszámításához és a megfigyelhető univerzummal való összeegyeztetéséhez - mondta Ma.
A sötét anyag már több mint 30 éve hátrányos probléma a csillagászatban. A galaxisokon belüli csillagok és a klaszterek belsejében lévő csillagok úgy mozognak, hogy azt jelzik, hogy ott több anyag van, mint látjuk. Úgy tűnik, hogy ez a láthatatlan anyag egy gömb alakú halogén belül van, amely valószínűleg 10-szer messzebb terjed, mint a galaxisok körül látható csillaghalo. A korai javaslatok, miszerint a láthatatlan anyag kiégett csillagokból vagy nehéz neutrínókból állnak, nem merültek fel, és a jelenlegi kedvenc jelöltek egzotikus részecskék, más néven neutrilinók, axiók vagy más hipotetikus szuperszimmetrikus részecskék. Mivel ezek az egzotikus részecskék a rendes anyaggal csak a gravitáció révén lépnek kölcsönhatásba, nem pedig elektromágneses hullámok révén, nem bocsátanak ki fényt.
"Az összes részecskenek csak a felét látjuk" - mondta Ma. "Túl nehézek ahhoz, hogy most gyorsulókban készítsenek, tehát a világ felét nem tudjuk."
A kép csak négy évvel ezelőtt lett rosszabb, amikor a „sötét energiát” még inkább elterjedték, mint a sötét anyagot. A kozmikus számla a sötét energiát az univerzum körülbelül 69% -án, az egzotikus sötét anyagot 27% -án, a földi sötét anyagot - homályos, láthatatlan csillagokat - 3% -án, és amit valójában csupán 1% -án látjuk.
Azon számítógépes modellek alapján, amelyek szerint a sötét anyag a gravitáció hatására mozog, Ma azt mondta, hogy a sötét anyag nem egységes köd, amely körülveszi a galaxisok klasztereit. Ehelyett a sötét anyag kisebb csomókat képez, amelyek felületesen néznek ki, mint a galaxisok és a gömb alakú klaszterek, amelyeket látunk világító univerzumunkban. A sötét anyag dinamikus élete független a világító anyagtól - mondta.
"A kozmikus mikrohullámú háttér megmutatja a sötét anyag összerakódásának korai hatásait, és ezek a csomók növekednek gravitációs vonzás alatt" - mondta. "De úgy gondoltuk, hogy ezeknek a csomóknak, a galaxisfürtök körüli halogóknak simaaknak kell lenniük. Az embereket érdekli, hogy a nagy felbontású szimulációk azt mutatják, hogy nem simák, hanem bonyolult alszerkezetekkel rendelkeznek. A sötét világnak saját dinamikus élete van. ”
Ma, Bertschinger és UC Berkeley végzős hallgató, Michael Boylan-Kolchin néhány ilyen szimulációt maguk készítettek. Az elmúlt két évben számos más csoport is mutatott hasonló csomókat.
A sötét anyag szellem-univerzuma a látható világegyetem sablonja - mondta. A sötét anyag 25-szer sokkal bonyolultabb, mint a puszta látható anyag, tehát a látható anyagnak össze kell rakódnia, bárhol is a sötét anyag halmozódik.
Ebben rejlik a probléma - mondta Ma. A sötét anyag fejlődésének számítógépes szimulációi sokkal több sötét anyag csomót jelentenek egy régióban, mint amelyekben láthatunk fényes anyag csomókat. Ha a világító anyag követi a sötét anyagot, akkor mindegyiknek majdnem egyenértékűnek kell lennie.
"A Tejút galaxisunkban körülbelül egy tucat műhold van, de a szimulációkban ezer sötét anyag műholdat látunk" - mondta. "A sötét anyag a Tejútban egy dinamikus, élénk környezet, amelyben a sötét anyag csomóinak ezrei kisebb darabjai rajzolnak egy nagy szülő sötét anyag haló körül, folyamatosan kölcsönhatásba lépve és zavarva egymást."
Ezen túlmenően a sötét anyag mozgását modellező asztrofizikusok zavartan látták, hogy az egyes csomók sűrűsége meghaladja a középpontot, és pontosan ugyanúgy esik a szélek felé, méretüktől függetlenül. Ez az egyetemes sűrűségprofil azonban úgy tűnik, ellentmondásban áll néhány törpe galaxis megfigyelésével, amelyeket többek között Ma kollégája, UC Berkeley csillagászati professzor Leo Blitz és kutatócsoportja tett.
Ma reméli, hogy a sötét anyag mozgásának újfajta vizsgálata megoldja ezeket a problémákat és a négyzetes elméletet megfigyeléssel. A Physical Review cikkében, amelyet az Amerikai Fizikai Társaság ez év elején tartott ülésén tárgyalt, bebizonyította, hogy a sötét anyag mozgása hasonlóan modellezhető, mint a Brownian mozgás, amelyet botanikus Robert Brown 1828-ban és Albert Einstein ismertett egy 1905-ös szemináriumon. az 1921-es fizikai Nobel-díj összegyűjtésével segített papír.
A Brown-mozgást először úgy jellemezték, mint egy cikcakkos útvonalat, amelyet egy vízben lebegő pollenmag halad át, amelyet az ütköző vízmolekulák mozgatnak. A jelenség egyaránt vonatkozik a por levegőben történő mozgására és a sötét anyag sűrű csomóira a sötét anyag univerzumában - mondta Ma.
Ez a betekintés: „Használjunk más nyelvet, más nézőpontot, mint a szokásos nézet”, hogy megvizsgáljuk a sötét anyag mozgását és fejlődését - mondta.
Más csillagászok, mint például az UC Berkeley csillagászati professzor, Ivan King, a Brown-féle mozgás elméletét használják a csillagfürtökön belül százezrek csillagok mozgásának modellezésére, ám Ma szerint ez az első alkalom, amikor ezt alkalmazzák. szigorúan nagy kozmológiai léptékre. Az ötlet az, hogy nem érdekli pontosan, hol vannak a csomók, hanem inkább az, hogy a csomók hogyan viselkednek statisztikailag a rendszerben, hogyan oszlanak el a gravitáció.
Ma megjegyezte, hogy a csomók Brown-mozgását egy egyenlet, a Fokker-Planck egyenlet vezérli, amelyet sok sztochasztikus vagy véletlenszerű folyamat modellezésére használnak, beleértve a tőzsdét. Ma és munkatársai jelenleg dolgoznak ezen kozmológiai sötét anyag egyenletének megoldásán.
"Meglepő és örömteli, hogy a sötét anyag evolúciója, a csomók alakulása egy egyszerű, 90 éves egyenletet követi" - mondta.
A munkát a Nemzeti Repülési és Űrügynökség támogatta.
Eredeti forrás: UC Berkeley
