Pildikrediit: Berkeley
Tume mateeria on nähtamatu materjali halo, mis näib ümbritsevat iga galaktikat. Kui seni arvasid astronoomid, et tumeaine moodustas kosmoses tõenäoliselt ühtlase osakeste udu, siis UC Berkeley ja MITi teadlased on loonud arvutisimulatsiooni, kuidas tume aine võib kokku koguneda suuremateks tükkideks.
Californias Berkeley astrofüüsikuna öelnud "tume aine", mis hõlmab veel avastamata veerandit universumist, ei ole ühtlane kosmiline udu, vaid moodustab selle asemel tihedaid tükke, mis liiguvad nagu tolmumotiivid, mis tantsivad võllil. valgus.
Sel nädalal ajakirjale Physical Review D esitatud dokumendis tõestavad UC Berkeley astronoomia dotsent Chung-Pei Ma ja Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) Edmund Bertschinger, et tumeda aine tükikeste liikumist saab modelleerida õhus leviva tolmu või õietolmu pruuni liikumisega sarnane viis.
Nende avastused peaksid pakkuma astrofüüsikutele uut moodust tumeaine selle kummitusuniversumi arengu arvutamiseks ja jälgitava universumiga ühitamiseks, ütles Ma.
Tume aine on astronoomia nuhutav probleem rohkem kui 30 aastat. Tähed galaktikates ja klastrites asuvad galaktikad liiguvad viisil, mis näitab, et seal on rohkem ainet kui me näeme. See nähtamatu asi näib olevat sfäärilises halo, mis ulatub arvatavasti kümme korda kaugemale kui galaktikate ümber nähtav tähekeha. Varaseid ettepanekuid, et nähtamatu aine koosneb läbipõlenud tähtedest või rasketest neutriinodest, ei ole välja paisatud ja praegused lemmikkandidaadid on eksootilised osakesed, mida nimetatakse neutrilinodeks, aksioonideks või muudeks hüpoteetilisteks supersümmeetrilisteks osakesteks. Kuna need eksootilised osakesed mõjutavad tavalist ainet ainult gravitatsiooni, mitte elektromagnetiliste lainete kaudu, ei eralda nad valgust.
"Me näeme ainult poolesid osakesi," ütles Ma. "Nad on liiga kiired, et praegu kiirendites toota, nii et pool maailmast, millest me ei tea."
Pilt halvenes alles neli aastat tagasi, kui leiti, et “tume energia” on veelgi levinum kui tume aine. Kosmiline konto seob nüüd tumeda energia umbes 69 protsendil universumist, eksootiline tumeaine 27 protsendil, ilmalik tumeaine - hämarad, nähtamatud tähed - 3 protsendil ja see, mida me tegelikult näeme kõigest ühe protsendiga.
Tuginedes arvutimudelitele selle kohta, kuidas tumeaine raskusjõu mõjul liiguks, ütles Ma, et tumeaine pole ühtlane udu, mis ümbritseb galaktikate klastrid. Selle asemel moodustab tumeaine väiksemaid tükke, mis näevad pinnapealselt välja nagu galaktikad ja globaalsed klastrid, mida meie helendavas universumis näeme. Tumeainel on dünaamiline elu, mis ei sõltu helendavast ainest, ütles ta.
"Kosmiline mikrolaine taust näitab tumeda aine kokkukogumise varajast mõju ja need tükid kasvavad gravitatsioonilise külgetõmbe all," ütles ta. “Kuid kõik need klombid, galaktikaparvede ümber olevad halokesed, olid arvatavasti siledad. Inimesed olid huvitatud, et suure eraldusvõimega simulatsioonid näitavad, et need pole siledad, vaid neil on keerulised alamstruktuurid. Pimedal maailmal on oma dünaamiline elu. ”
Ma, Bertschinger ja UC Berkeley kraadiõppur Michael Boylan-Kolchin viisid mõned neist simulatsioonidest läbi ise. Ka mitmed teised rühmad viimase kahe aasta jooksul on sarnased kobarad.
Tumeda aine kummitusuniversum on nähtava universumi mall, ütles ta. Tumeaine on 25 korda rikkalikum kui pelgalt nähtav aine, nii et nähtav aine peaks koonduma kuhu iganes tumeaine klastrid asuvad.
Selles peitub probleem, ütles Ma. Tumeaine evolutsiooni arvutisimulatsioonid ennustavad selles piirkonnas palju rohkem tumeda aine tükke kui neid, mida me näeme. Kui helendav aine järgib tumedat ainet, peaks neid olema peaaegu sama palju.
"Meie galaktikal, Linnuteel, on umbes tosin satelliiti, kuid simulatsioonides näeme tuhandeid tumeaine satelliite," ütles ta. "Linnutee tume aine on dünaamiline, elav keskkond, kus tuhanded väiksemad tumeda aine kogumid satelliidi ümber tiirlevad suure vanema sünteetilise aine halo ümber, suheldes pidevalt ja häirides üksteist."
Lisaks olid tumeaine liikumist modelleerivad astrofüüsikud hämmingus, nähes, et igal klombil on tihedus, mille tipp on keskel ja langeb servade poole täpselt samal viisil, sõltumata selle suurusest. See universaalne tihedusprofiil näib aga olevat vastuolus teiste kolleegide, UC Berkeley astronoomiaprofessori Leo Blitzi ja tema uurimisrühma tehtud tähelepanekutega kääbusgalaktikatest.
Ma loodab, et uus viis tumeda aine liikumise vaatlemiseks lahendab need probleemid ja ruutteooria vaatlusega. Oma füüsilise ülevaate artiklis, mida arutati Ameerika füüsilise seltsi selle aasta alguses toimunud kohtumisel, tõestas ta, et tumeda aine liikumist saab modelleerida sarnaselt Browni liikumisega, mida botaanik Robert Brown kirjeldas 1828. aastal ja Albert Einstein 1905. aasta seminaril. paber, mis aitas tal hankida 1921. aasta Nobeli füüsikaauhinna.
Esmalt kirjeldati Browni liikumist kui siksakilist rada, mille läbis vees hõljuv õietolmu tera, mida lükkasid ümber sellega põrkuvad veemolekulid. Nähtus viitab võrdselt tolmu liikumisele õhus ja tumeda aine tihedatele klompidele tumeaine universumis, ütles Ma.
See arusaam „kasutagem tavakeelest erinevat keelt, teistsugust vaatepunkti”, et uurida tumeaine liikumist ja arengut.
Teised astronoomid, näiteks UC Berkeley astronoomiaprofessor Ivan King, on pruunide liikumise teooriat kasutanud, et modelleerida sadade tuhandete tähtede liikumist täheparvedes, kuid Ma ütles, et see on esimene kord, kui seda rakendatakse rangelt suurte kosmoloogiliste skaalade suhtes. Idee on see, et me ei hooli täpselt sellest, kus tükid asuvad, vaid pigem sellest, kuidas klombid süsteemis statistiliselt käituvad, kuidas nad gravitatsiooniliselt hajuvad. "
Ma märkis, et Browni klompide liikumist reguleerib võrrand, Fokker-Plancki võrrand, mida kasutatakse paljude stohhastiliste või juhuslike protsesside, sealhulgas aktsiaturu modelleerimiseks. Ma ja kaastöötajad tegelevad praegu selle kosmoloogilise tumeaine võrrandi lahendamisega.
"On üllatav ja veetlev, et tumeda aine ja klompide evolutsioon järgib lihtsat 90-aastast võrrandit," ütles ta.
Tööd toetas Riiklik Lennundus- ja Kosmosevalitsus.
Algne allikas: UC Berkeley
