Kreditna slika: Berkeley
Temna snov je neviden halo materiala, ki se zdi, da obdaja vsako galaksijo. Do zdaj so astronomi verjeli, da temna snov verjetno tvori enakomerno meglo delcev v vesolju, vendar sta raziskovalca iz UC Berkeley in MIT ustvarila računalniško simulacijo, kako se temna snov lahko združi v večje koščke materiala.
Univerza v Kaliforniji, Berkeley, astrofizik, pravi kalifornijska univerza v Berkeleyju, "temna snov", ki sestavlja še četrtino vesolja, ni enotna kozmična megla, ampak namesto nje tvori goste grude, ki se gibljejo kot prašiči, ki plešejo po gredi svetloba.
V prispevku, ki smo ga ta teden predložili Physical Review D, Chung-Pei Ma, izredni profesor astronomije na UC Berkeley, in Edmund Bertschinger z Massachusetts Institute of Technology (MIT) dokazujeta, da je mogoče gibanje sklopov temne snovi modelirati v na podoben način kot Brownovo gibanje prahu ali cvetnega prahu, ki se prenaša z zrakom.
Njihove ugotovitve bi morale astrofizikom prinesti nov način, kako izračunati evolucijo tega duhovnega vesolja temne snovi in ga uskladiti z vesoljem, ki ga je mogoče opazovati, je dejal Ma.
Temna snov je že več kot 30 let težavna težava astronomije. Zvezde v galaksijah in galaksije znotraj grozdov se premikajo tako, da je tam več snovi, kot jo lahko vidimo. Zdi se, da je ta neopazna sfera v sferični halo, ki sega verjetno 10-krat dlje kot vidni zvezdni halo okoli galaksij. Zgodnji predlogi, da nevidno snov sestavljajo izgorele zvezde ali težki nevtrini, se niso izpraznili, trenutno najljubši kandidati pa so eksotični delci, ki jih imenujemo nevtriinosi, osi ali drugi hipotetični super-simetrični delci. Ker ti eksotični delci komunicirajo z navadno snovjo le s pomočjo gravitacije, ne preko elektromagnetnih valov, ne oddajajo svetlobe.
"Vidimo le polovico vseh delcev," je rekla Ma. "Pretežki so za proizvodnjo v pospeševalnikih, tako da polovica sveta ne vemo."
Slika se je poslabšala šele pred štirimi leti, ko je bilo ugotovljeno, da je "temna energija" še bolj razširjena kot temna snov. Kozmični račun zdaj priklepa temno energijo v približno 69 odstotkih vesolja, eksotično temno snov pri 27 odstotkih, zemeljsko temno snov - zatemnjeno, nevidne zvezde - pri 3 odstotkih in tisto, kar dejansko vidimo pri zgolj 1 odstotku.
Na podlagi računalniških modelov, kako bi se temna snov premikala pod silo gravitacije, je Ma dejal, da temna snov ni enotna meglica, ki obdaja grozde galaksij. Namesto tega temna snov tvori manjše grude, ki površinsko izgledajo kot galaksije in kroglasti grozdi, ki jih vidimo v našem svetlobnem vesolju. Temna snov ima dinamično življenje, neodvisno od svetlobne snovi, je dejala.
"Kozmično mikrovalovno ozadje kaže zgodnje učinke nabiranja temne snovi, ti pa rastejo pod gravitacijskim privlačenjem," je dejala. "Toda vsaka od teh grud, halo okoli galaksijskih grozdov, je bila mišljena kot gladka. Ljudje so bili zaintrigirani, ko so ugotovili, da simulacije z visoko ločljivostjo kažejo, da niso gladke, temveč imajo zapletene podkonstrukcije. Temni svet ima svoje dinamično življenje. "
Ma, Bertschinger in podiplomski študent UC Berkeley Michael Boylan-Kolchin so nekaj teh simulacij izvedli sami. Tudi več drugih skupin v zadnjih dveh letih se je pokazalo podobno.
Vesolje duha temne snovi je predloga za vidno vesolje, je dejala. Temna snov je 25-krat obilnejša od zgolj vidne snovi, zato se mora vidna snov zbrati povsod, kjer se grozdi temna snov.
V tem je težava, je rekla Ma. Računalniške simulacije evolucije temne snovi napovedujejo veliko več grup temne snovi v regiji, kot jih vidimo v gruči svetlobne snovi. Če svetlobna snov sledi temni snovi, bi moralo biti v njih skoraj enakovredno število.
"Naša galaksija Mlečna pot ima približno ducat satelitov, vendar v simulacijah vidimo na tisoče satelitov temne snovi," je dejala. "Temna snov v Mlečni poti je dinamično, živahno okolje, v katerem se na tisoče manjših satelitov grude temne snovi vrti okoli velikega matičnega halo temne snovi, ki se med seboj nenehno medsebojno motijo in motijo."
Poleg tega so bili astrofiziki, ki modelirajo gibanje temne snovi, zmedeni, ko so videli, da ima vsaka gruča gostoto, ki je dosegla vrh in je padla proti robom na povsem enak način, ne glede na velikost. Vendar se zdi, da je ta profil splošne gostote v nasprotju z opazovanji nekaterih pritlikavih galaksij, ki so jih med drugim ustvarili Main kolega, profesor astronomije UC Berkeley Leo Blitz in njegova raziskovalna skupina.
Ma upa, da bo nov način gledanja na gibanje temne snovi te težave rešil in kvadratna teorija z opazovanjem. V svojem članku o fizičnem pregledu, ki so ga razpravljali na sestanku Ameriškega fizičnega društva v začetku letošnjega leta, je dokazala, da je gibanje temne snovi mogoče modelirati podobno kot Brownovo gibanje, ki ga je leta 1828 opisal botanik Robert Brown in Albert Einstein v semeni 1905 papirja, ki mu je pomagal pridobiti Nobelovo nagrado za fiziko iz leta 1921.
Brownovo gibanje je bilo najprej opisano kot cikcak pot, ki jo je prehodilo zrno cvetnega prahu, ki plava v vodi, ki ga potisnejo molekule vode, ki se spopadajo z njim. Pojav se enakovredno nanaša na gibanje prahu v zraku in gosto grudo temne snovi v vesolju temne snovi, je dejala Ma.
Ta vpogled "uporabimo drugačen jezik, drugačno stališče kot standardni pogled", da bi raziskali gibanje in razvoj temne snovi, je dejala.
Drugi astronomi, na primer profesor astronomije UC Berkeley emeritus, Ivan King, so uporabili teorijo Brownovega gibanja za modeliranje gibanja sto tisoč zvezd znotraj zvezdnih grozdov, vendar je to, po besedah Ma, "prvič uporabljeno strogo do velikih kozmoloških lestvic. Ideja je, da nam ni vseeno, kje so grude, ampak, kako se grude statistično obnašajo v sistemu, kako se gravitacijsko razpršijo. "
Ma je opozoril, da Brownovo gibanje grud ureja enačba, Fokker-Planckova enačba, ki se uporablja za modeliranje številnih stohastičnih ali naključnih procesov, vključno z borzo. Ma in sodelavci trenutno delajo na reševanju te enačbe za kozmološko temno snov.
"Presenetljivo in čudovito je, da evolucija temne snovi, evolucija grud, uboga preprosto 90-letno enačbo," je dejala.
Delo je podprla Nacionalna uprava za letalstvo in vesolje.
Izvirni vir: UC Berkeley
