Obrazový kredit: Berkeley
Temná hmota je neviditeľný halo materiálu, ktorý akoby obklopoval každú galaxiu. Až doteraz astronómovia verili, že temná hmota pravdepodobne vytvára vo vesmíre rovnomernú hmlu častíc, ale vedci z UC Berkeley a MIT vytvorili počítačovú simuláciu toho, ako by sa temná hmota mohla zhlukovať na väčšie kúsky materiálu.
„Temná hmota“, ktorá pozostáva z ešte neodhalenej štvrtiny vesmíru, nie je uniformnou kozmickou hmlou, hovorí kalifornská univerzita, Berkeley, astrofyzik, ale namiesto toho vytvára husté zhluky, ktoré sa pohybujú okolo prachu, ktorý tancuje v šachte svetlo.
V príspevku predloženom tento týždeň dokazujú, že Chung-Pei Ma, docent astronómie na UC Berkeley a Edmund Bertschinger z Massachusetts Institute of Technology (MIT) dokazujú, že pohyb zhlukov temnej hmoty je možné modelovať podobne ako Brownov pohyb vzduchu alebo peľu prenášaného vzduchom.
Ich zistenia by mali astrofyzikom poskytnúť nový spôsob, ako vypočítať vývoj tohto duchovného vesmíru temnej hmoty a zladiť ho s pozorovateľným vesmírom.
Temná hmota je pre astronómiu nepríjemným problémom už viac ako 30 rokov. Hviezdy v galaxiách a galaxie v klastroch sa pohybujú spôsobom, ktorý naznačuje, že je v nich viac hmoty, ako môžeme vidieť. Zdá sa, že táto neviditeľná hmota je vo sférickom halo, ktorá siaha asi 10-krát ďalej ako viditeľný hviezdny halo okolo galaxií. Prvé návrhy, podľa ktorých neviditeľnú látku tvoria vyhorené hviezdy alebo ťažké neutrína, sa neobnovili a súčasnými obľúbenými kandidátmi sú exotické častice, ktoré sa rôznym spôsobom nazývajú neutrilíny, axióny alebo iné hypotetické supersymetrické častice. Pretože tieto exotické častice interagujú s obyčajnou hmotou iba gravitáciou, nie elektromagnetickými vlnami, nevyžarujú žiadne svetlo.
"Vidíme iba polovicu všetkých častíc," povedala Ma. "Sú príliš ťažké na to, aby teraz vyrábali v urýchľovačoch, takže polovica sveta, o ktorej nevieme."
Obrázok sa zhoršil len pred štyrmi rokmi, keď sa zistilo, že „temná energia“ je ešte prevládajúcejšia ako temná hmota. Vesmírny účet teraz pripája temnú energiu asi na 69 percent vesmíru, exotickú temnú hmotu na 27 percent, svetskú temnú hmotu - matnú, neviditeľnú hviezdu - na 3 percentá a to, čo skutočne vidíme na iba 1 percento.
Na základe počítačových modelov, ako by sa temná hmota pohybovala pod gravitačnou silou, Ma povedal, že temná hmota nie je uniformná hmla obklopujúca zhluky galaxií. Namiesto toho tmavá hmota vytvára menšie zhluky, ktoré vyzerajú povrchne ako galaxie a guľovité zhluky, ktoré vidíme v našom svetelnom vesmíre. Temná hmota má dynamický život nezávislý od svetelnej hmoty.
"Kozmické mikrovlnné pozadie ukazuje skoré účinky zhlukov temnej hmoty a tieto zhluky rastú pod gravitačnou príťažlivosťou," uviedla. „Ale každý z týchto zhlukov, halo okolo galaktických zhlukov, sa považoval za hladký. Ľudia boli prekvapení, keď zistili, že simulácie s vysokým rozlíšením nie sú plynulé, ale namiesto toho majú zložité podštruktúry. Temný svet má svoj vlastný dynamický život. “
Niektoré z týchto simulácií vykonali Ma, Bertschinger a postgraduálny študent UC Berkeley Michael Boylan-Kolchin. Niekoľko ďalších skupín za posledné dva roky malo podobné zhluky.
Duch duchov temnej hmoty je šablónou pre viditeľný vesmír. Temná hmota je 25-krát hojnejšia ako obyčajná viditeľná hmota, takže viditeľná hmota by sa mala zhlukovať všade tam, kde sú zhluky temnej hmoty.
V tom spočíva problém, povedala Ma. Počítačové simulácie vývoja temnej hmoty predpovedajú oveľa viac zhlukov temnej hmoty v oblasti, ako sú zhluky svetelnej hmoty, ktoré vidíme. Ak svetelná hmota nasleduje po temnej hmote, mal by byť každý z nich takmer rovnaký počet.
"Naša galaxia, Mliečna dráha, má asi tucet satelitov, ale v simuláciách vidíme tisíce satelitov temnej hmoty," uviedla. "Temná hmota v Mliečnej dráhe je dynamické, živé prostredie, v ktorom sa tisíce menších družíc zhlukov temnej hmoty roja okolo veľkého svätého zástupu temnej hmoty, neustále sa vzájomne ovplyvňujú a rušia."
Navyše, astrofyzici, ktorí modelovali pohyb temnej hmoty, boli zmätení, aby zistili, že každý zhluk mal hustotu, ktorá vrcholila v strede a klesala smerom k okrajom presne rovnakým spôsobom, nezávisle od jeho veľkosti. Zdá sa však, že tento profil univerzálnej hustoty je v rozpore s pozorovaniami niektorých trpasličích galaxií, ktoré urobil okrem iného Maov kolega, UC Berkeley, profesor astronómie Leo Blitz, a jeho výskumná skupina.
Ma dúfa, že nový spôsob pohľadu na temnú hmotu vyrieši tieto problémy a teóriu štvorcov pozorovaním. Vo svojom článku Fyzická recenzia, diskutovanom na stretnutí začiatkom tohto roka v Americkej fyzickej spoločnosti, dokázala, že pohyb temnej hmoty možno modelovať podobne ako Brownov pohyb, ktorý botanik Robert Brown opísal v roku 1828 a Albert Einstein vysvetlil v seminári 1905. papier, ktorý mu pomohol získať Nobelovu cenu za fyziku z roku 1921.
Brownov pohyb bol prvýkrát opísaný ako kľukatá cesta, ktorú prešla zrnko peľu vznášajúce sa vo vode, tlačené okolo molekúl vody, ktoré sa s ňou zrážali. Tento jav sa vzťahuje rovnako na pohyb prachu vo vzduchu a husté zhluky temnej hmoty vo vesmíre temnej hmoty, uviedol Ma.
Tento pohľad „využívajme iný jazyk, iný pohľad ako štandardný pohľad“ na vyšetrenie pohybu a vývoja temnej hmoty.
Iní astronómovia, napríklad profesor astronómie UC Berkeley Emeritus, použili teóriu Brownovho pohybu na modelovanie pohybu stoviek tisícov hviezd v hviezdokopoch, ale Ma to povedal: „je to prvýkrát, keď sa aplikuje dôsledne vo veľkých kozmologických mierkach. Myšlienka je, že sa nestaráme presne o zhluky, ale skôr o to, ako sa zhluky správajú štatisticky v systéme, ako rozptyľujú gravitačne. “
Ma poznamenala, že Brownov pohyb zhlukov sa riadi rovnicou, Fokker-Planckovou rovnicou, ktorá sa používa na modelovanie mnohých stochastických alebo náhodných procesov vrátane akciového trhu. Ma a spolupracovníci v súčasnosti pracujú na riešení tejto rovnice pre kozmologickú temnú hmotu.
"Je prekvapujúce a príjemné, že vývoj temnej hmoty, vývoj zhlukov sa riadi jednoduchou 90-ročnou rovnicou," uviedla.
Prácu podporila Národná správa letectva a vesmíru.
Pôvodný zdroj: UC Berkeley
