Астрономы смоделировали темную материю на компьютере | Журнал интересных вещей

Астрономы смоделировали темную материю на компьютере

Новое моделирование показывает, какой именно темная материя выглядела бы, если бы мы ее увидели.

Астрономы смоделировали темную материю на компьютере

Моделирование показывает гало темной материи на всех масштабах

Как можно изучать что-то невидимое? Это проблема, с которой сталкиваются астрономы, изучающие темную материю. Хотя темная материя составляет 85% всей материи во Вселенной, она не взаимодействует со светом. Его можно увидеть только через гравитационное влияние, которое оно оказывает на свет и другие вещества. Что еще хуже, попытки непосредственно обнаружить темную материю на Земле до сих пор не увенчались успехом.

Несмотря на неуловимое качество темной материи, мы узнали о ней несколько вещей. Мы знаем, что она не просто темная, а и холодная. В результате она слипается, образуя зародыши скоплений галактик. Он также часто образует ореолы вокруг галактик, составляя большую часть массы галактики. Тем не менее, остается много вопросов о темной материи без ответа, поэтому астрономы часто разрабатывают новые модели темной материи, сравнивая их с результатами наблюдений, чтобы проверить их точность.

Один из способов сделать это — сложное компьютерное моделирование. Недавно команда из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики провела детальное моделирование космоса из темной материи и дала несколько удивительных результатов.

Точность любого моделирования темной материи зависит от ваших предположений о темной материи. В этом случае команда предположила, что темная материя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP) с массой примерно в 100 раз больше, чем у протона. WIMP — одна из самых популярных теорий темной материи. Подобное компьютерное моделирование темной материи WIMP проводилось и раньше. Тем не менее, это было исключительно высокое разрешение, имитирующее объекты в масштабе от тридцати порядков величины.

Астрономы смоделировали темную материю на компьютере

Детектор нейтрино IceCube в Антарктиде провел поиск вимпов

В этом моделировании темная материя образовалась в ореолах вокруг галактик, как мы и наблюдаем. Но что интересно, было обнаружено, что ореолы также развиваются во всех масштабах масс, от небольших ореолов планетной массы до галактических ореолов и массивных ореолов, которые образуются вокруг скоплений галактик. Эти ореолы имеют аналогичную структуру, где они наиболее плотные к центру и становятся более размытыми по краям. Тот факт, что это происходит во всех масштабах, делает это явной особенностью темной материи.

Хотя мелкомасштабные гало слишком малы, чтобы их можно было обнаружить по их гравитационному влиянию на свет, они могут рассказать нам о том, как темная материя взаимодействует с самой собой. Одна из идей о темной материи состоит в том, что когда частицы темной материи сталкиваются, они испускают гамма-излучение. Некоторые наблюдения гамма-излучения намекают на избыток гамма-излучения, исходящий из центра нашей галактики, который может быть вызван темной материей. В этой конкретной модели большая часть гамма-излучения, создаваемого темной материей, будет исходить от гало меньшего размера. Поскольку масштаб ореола может влиять на энергетический спектр гамма-лучей, эта модель делает конкретные прогнозы об избытке гамма-лучей, который мы должны увидеть как в Млечном Пути, так и в других галактиках.

Темная материя остается одной из самых больших нерешенных проблем современной астрономии. Хотя мы хотели бы обнаружить его напрямую, пока это не произойдет, такие симуляции, как это, являются одним из наших самых мощных инструментов для лучшего понимания темной материи.