Виртуальные копии Млечного Пути помогут понять, как формируются галактики
Представьте, что у Млечного Пути появились цифровые близнецы — и они помогают разгадать тайну, над которой ученые бьются десятилетиями.
Команда ученых из Университета Южной Калифорнии (USC) создала серию виртуальных двойников Млечного Пути с помощью суперкомпьютера. Эти симуляции помогут разгадать одну из главных загадок Вселенной — темную материю, невидимую субстанцию, которая составляет 85% всей материи в космосе.
Темная материя — гипотетическая форма материи, которая не испускает, не поглощает и не отражает свет, но проявляется через гравитационное воздействие на видимые объекты, например, галактики.
Исследованием руководила космолог Вера Глусевич, доцент USC Dornsife, вместе с коллегами Итаном Надлером (ныне в UCSD) и Эндрю Бенсоном из обсерваторий Карнеги. Они назвали проект COZMIC — сокращение от Cosmological Zoom-in Simulations with Initial Conditions beyond Cold Dark Matter — Космологические детализированные симуляции с начальными условиями за пределами стандартной модели темной материи. Не пытайтесь вникнуть, как и что сокращали; мы в редакции не смогли прийти к единому мнению.
Ученые давно знают, что темная материя существует — ее гравитация удерживает галактики от разлетания. Но как именно она влияет на их формирование, оставалось загадкой. Теперь COZMIC позволяет смоделировать этот процесс.
Результаты опубликованы в трех статьях (1, 2, 3) в издании The Astrophysical Journal.
Как изучают невидимое
Темную материю нельзя увидеть — она не излучает свет. Но ее присутствие выдают странности в движении галактик: они вращаются так быстро, что должны разлетаться, но
С помощью COZMIC ученые впервые смогли проверить разные гипотезы о природе темной материи, запрограммировав суперкомпьютер на создание галактик в альтернативных физических условиях.
Три сценария поведения темной материи
- Бильярдные шары: частицы сталкиваются с обычной материей, «разглаживая» структуру галактик и уменьшая число спутников Млечного Пути.
- Гибридная модель: часть частиц взаимодействует с обычной материей, а часть проходит сквозь нее.
- Само взаимодействие: темная материя влияет сама на себя, меняя формирование галактик с момента Большого Взрыва.
Раньше никто не моделировал взаимодействие темной материи с обычной — а оно почти наверняка существует, — говорит Глусевич.
Теперь ученые сравнят симуляции с реальными данными телескопов.
Мы наконец можем спросить: какая версия Вселенной больше похожа на нашу?
Этот проект — шаг к пониманию фундаментальных законов Вселенной. Если удастся определить свойства темной материи, то это:
- Перевернет физику: возможно, откроются новые частицы или силы.
- Уточнит космологические модели: предсказания о судьбе Вселенной станут точнее.
- Поможет в астрономии: объяснит аномалии в движении галактик.
Отметим, что хотя симуляции — мощный инструмент, их точность зависит от начальных условий. Если в реальности темная материя ведет себя сложнее, чем в моделях, выводы могут оказаться неточными.
Ранее ученые заявили, что открытие аксиона поможет понять свойства темной материи.
