Спроецированная карта плотности темной материи, созданная с помощью моделирования, измеряющая 2,4 миллиарда световых лет с каждой стороны. . Средний квадрат (вверху справа) имеет диаметр чуть менее миллиона световых лет. Самый маленький квадрат (внизу слева) – это самое глубокое увеличение: его всего 783 световых года в поперечнике, что в 500 раз больше солнечной системы. В промежуточном квадрате (вверху справа) самые большие гало темной материи имеют массу, аналогичную массе богатого скопления галактик (в миллион триллионов раз больше массы Солнца). В самом маленьком квадрате (внизу справа) самые маленькие ясно видимые гало имеют массу, сопоставимую с массой Земли (0,000003 массы Солнца). Предоставлено: д-р Сонак Бозе, Центр астрофизики Гарвардского университета.
Космологи увеличили масштаб изображения мельчайших сгустков темной материи в виртуальной вселенной, которые могут помочь нам найти настоящую вещь в космосе.
Международная группа исследователей, включая Даремский университет в Великобритании, использовала суперкомпьютеры в Европе и Китае, чтобы сосредоточиться на типичном регионе компьютерной Вселенной.
Зум, которого они смогли достичь, эквивалентен возможности увидеть блоху на поверхности Луны.
Это позволило им сделать подробные изображения и проанализировать сотни виртуальных сгустков темной материи (или ореолов) от самых больших до самых крошечных.
Частицы темной материи могут сталкиваться с античастицами темной материи около центра гало, где, согласно некоторым теориям, они превращаются во всплеск энергичного гамма-излучения.
Их выводы, опубликованные в престижном журнале Природа, может означать, что эти очень маленькие гало могут быть идентифицированы в будущих наблюдениях по излучению, которое они, как считается, испускают.
Художник о ореолах темной материи различной массы во Вселенной. Предоставлено: Ю Цзинчуань, Пекинский планетарий.
Соавтор, профессор Карлос Френк, профессор фундаментальной физики в Огдене из Института вычислительной космологии Даремского университета, Великобритания, сказал: «Увеличивая масштаб этих относительно крошечных ореолов темной материи, мы можем рассчитать количество излучения, которое ожидается от разных источников. размер ореолов.
«Большая часть этого излучения будет испускаться ореолами темной материи, слишком маленькими для того, чтобы содержать звезды, и будущие обсерватории гамма-излучения могут обнаруживать эти излучения, делая эти небольшие объекты индивидуально или коллективно« видимыми ».
«Это подтвердит предполагаемую природу темной материи, которая в конце концов может быть не совсем темной».
Большая часть вещества во Вселенной темная (за исключением гамма-излучения, которое они излучают в исключительных обстоятельствах) и полностью отличается по природе от материи, из которой состоят звезды, планеты и люди.
Вселенная состоит примерно на 27 процентов из темной материи, а остальная часть состоит в основном из столь же загадочной темной энергии. Обычная материя, такая как планеты и звезды, составляет относительно небольшие пять процентов Вселенной.
Галактики образовывались и росли, когда газ охлаждался и конденсировался в центре огромных сгустков этой темной материи – так называемых гало темной материи.
Астрономы могут сделать вывод о структуре больших гало темной материи по свойствам галактик и газа внутри них.
Самые большие гало содержат огромные скопления сотен ярких галактик, называемых скоплениями галактик, которые весят в 1000 триллионов раз больше, чем наше Солнце.
Спроецированная карта плотности темной материи, созданная с помощью моделирования, измеряющая 2,4 миллиарда световых лет с каждой стороны. Средний квадрат (вверху справа) имеет диаметр чуть менее миллиона световых лет. Самый маленький квадрат (внизу слева) – это самое глубокое увеличение: его всего 783 световых года в поперечнике, что в 500 раз больше солнечной системы. В промежуточном квадрате (вверху справа) самые большие гало темной материи имеют массу, аналогичную массе богатого скопления галактик (в миллион триллионов раз больше массы Солнца). В самом маленьком квадрате (внизу справа) самые маленькие четко видимые гало имеют массу, сопоставимую с массой Земли (0,000003 массы Солнца). Предоставлено: д-р Сонак Бозе, Центр астрофизики Гарвардского университета.
Однако у ученых нет прямой информации о меньших гало темной материи, которые слишком малы, чтобы вместить в себя галактику. Их можно изучить только путем моделирования эволюции Вселенной на большом суперкомпьютере.
Согласно современным научно-популярным теориям о темной материи, которые лежат в основе нового исследования, самые маленькие, как полагают, имеют ту же массу, что и Земля.
Моделирование проводилось с использованием суперкомпьютера Cosmology Machine, входящего в систему высокопроизводительных вычислений DiRAC в Дареме, финансируемого Советом по науке и технологиям (STFC), и компьютеров Китайской академии наук.
Увеличив виртуальную вселенную с такими микроскопическими деталями, исследователи смогли изучить структуру ореолов темной материи, масса которых варьируется от Земли до большого скопления галактик.
К удивлению, они обнаружили, что ореолы всех размеров имеют очень похожую внутреннюю структуру и чрезвычайно плотные в центре, становясь все более распространенными, с более мелкими сгустками, вращающимися по орбите во внешних областях.
Исследователи заявили, что без шкалы измерения было почти невозможно отличить изображение гало темной материи массивной галактики от гало с массой, равной массе Солнца.
Соавтор, профессор Саймон Уайт из Института астрофизики Макса Планка, Германия, сказал: «Мы ожидаем, что маленьких ореолов темной материи будет чрезвычайно много, они будут содержать значительную часть всей темной материи во Вселенной, но в основном они останутся темно на протяжении всей космической истории, потому что звезды и галактики растут только в ореолах, которые более чем в миллион раз массивнее Солнца.
«Наше исследование проливает свет на эти маленькие ореолы, поскольку мы стремимся узнать больше о том, что такое темная материя и какую роль она играет в эволюции Вселенной».
###
Универсальная структура гало темной материи в диапазоне масс 20 порядков величины, Ван Дж. И др., DOI: 10.1038 / s41586-020-2642-9 опубликована в Nature.
Группе исследователей, возглавляемой Национальными астрономическими обсерваториями Китайской академии наук, включая Даремский университет, Великобритания, Институт астрофизики Макса Планка, Германия, и Центр астрофизики в Гарварде, США, потребовалось пять лет на разработку и тестирование. и осуществить их космический зум.
Исследование финансировалось STFC, Европейским исследовательским советом, Китайской академией наук, Обществом Макса Планка и Гарвардским университетом.
