Кредитна слика: Беркелеи
Тамна материја је невидљиви ореол материјала који изгледа окружује сваку галаксију. До сада су астрономи веровали да тамна материја вероватно формира равномерну маглу у свемиру, али су истраживачи из УЦ Беркелеи и МИТ створили компјутерску симулацију како се тамна материја може сабрати у веће делове материјала.
"Тамна материја" која се састоји од још увијек неоткривене четвртине свемира није једнолична космичка магла, каже универзитет у Калифорнији, Беркелеи, астрофизичар, већ уместо тога формира густе гроздове који се крећу попут кртица прашине који плешу у греди светлост.
У раду који је ове недеље поднесен Физичком прегледу Д, Цхунг-Пеи Ма, ванредни професор астрономије на УЦ Беркелеи, и Едмунд Бертсцхингер са Технолошког института у Масачусетсу (МИТ), доказују да се кретање накупина тамне материје може моделирати у на сличан начин Бровновом кретању прашине која се преноси ваздухом или полена.
Њихови налази требали би астрофизичарима пружити нови начин да израчунају еволуцију овог универзума мрачне материје и ускладе је са универзалом који је посматран, рекао је Ма.
Тамна материја је озбиљан проблем астрономије више од 30 година. Звезде унутар галаксија и галаксије унутар кластера крећу се на начин који указује да тамо има више материје него што можемо да видимо. Чини се да се та невиђена материја налази у сферном халоу који се протеже вероватно 10 пута даље од видљивог звезданог халоа око галаксија. Рани предлози да се невидљива материја састоји од изгорелих звезда или тешких неутрина нису се испразнили, а тренутни омиљени кандидати су егзотичне честице које се иначе називају неутрилиноси, аксиони или друге хипотетичке супер-симетричне честице. Зато што ове егзотичне честице комуницирају са обичном материјом само путем гравитације, а не путем електромагнетних таласа, не емитују светлост.
"Ми видимо само половину свих честица", рекла је Ма. "Они су претешки за производњу сада у акцелераторима, тако да половина света о коме не знамо."
Слика се погоршала тек пре четири године када је пронађена "мрачна енергија" чак и више превладава него тамна материја. Космички рачун сада веже тамну енергију у око 69 процената свемира, егзотичну тамну материју на 27 процената, свакодневну тамну материју - нејасне, невидљиве звезде - на 3 процента, а оно што заправо видимо на само 1 проценат.
На основу рачунарских модела како ће се тамна материја кретати под силом гравитације, Ма је рекла да тамна материја није једнолика магла која обавија гроздове галаксија. Уместо тога, тамна материја формира мање гроздове који површно изгледају попут галаксија и глобуларних кластера које видимо у нашем блиставом универзуму. Тамна материја има динамичан живот независно од светлуцаве материје, рекла је.
„Космичка микроталасна позадина показује ране ефекте накупљања тамне материје, а ти грудви расту под гравитационом привлачношћу“, рекла је. „Али сматрало се да је сваки од ових накупина, ореола око галаксија, глатка. Људи су били заинтригирани када су открили да симулације високе резолуције показују да нису глатке, већ да имају замршене потконструкције. Мрачни свијет има свој динамичан живот. "
Ма, Бертсцхингер и дипломски студент УЦ Беркелеи Мицхаел Боилан-Колцхин сами су извели неке од ових симулација. Неколико других група током протекле две године такође је показало сличну групу.
Универзум тамне материје дух је шаблонски облик за видљиви универзум, рекла је. Тамна материја је 25 пута обилнија од пуке видљиве материје, па би се видљива материја требала скупљати где год се формира тамна материја.
У томе лежи проблем, рекла је Ма. Компјутерске симулације еволуције тамне материје предвиђају много више грудица тамне материје у региону него што има гроздица светлосне материје које можемо да видимо. Ако светлосна материја прати тамну материју, требало би да постоји готово једнак број сваке.
„Наша галаксија, Млечни пут, има десетак сателита, али у симулацијама видимо хиљаде сателита тамне материје“, рекла је она. "Тамна материја на Млечном путу је динамично, живо окружење у којем се хиљаде мањих сателита из грудица тамне материје врти око великог халоа матичне тамне материје, непрестано се мешајући и узнемиравајући један другога."
Поред тога, астрофизичари који су моделирали кретање тамне материје били су збуњени када виде да сваки грозд има густину која досеже врх у центру и падне према ивицама на потпуно исти начин, независно од његове величине. Овај универзални профил густине, међутим, изгледа да је у сукобу са запажањима неких патуљастих галаксија које су направили Маов колега, професор астрономије у УЦ Беркелеиу Лео Блитз и његова истраживачка група, између осталих.
Ма се нада да ће нови начин гледања на кретање тамне материје решити ове проблеме и квадратна теорија са посматрањем. У свом чланку о Физичком прегледу, који је разматран на састанку Америчког физичког друштва раније ове године, она је доказала да се кретање тамне материје може моделирати слично као Бровнов покрет који је ботаничар Роберт Бровн описао 1828. године, а Алберт Еинстеин објаснио у 1905. папир који му је помогао да добије Нобелову награду за физику из 1921. године.
Бровново кретање прво је описано као цик-цак пут којим пролази зрно полена које плута у води, а које су потиснуте молекулима воде који се сударају с њим. Феномен се једнако односи на кретање прашине у ваздуху и густе накупине тамне материје у свемиру тамне материје, рекла је Ма.
Овај увид "дозволимо да користимо другачији језик, другачију тачку гледишта од стандардног", како бисмо истражили кретање и еволуцију тамне материје, рекла је.
Други астрономи, попут професора астрономије у УЦ Беркелеи емеритус, Иван Кинг, користили су теорију Бровнијевог кретања да би моделирали кретање стотина хиљада звезда унутар звезданих кластера, али ово је, како каже Ма, „први пут да је примењено ригорозно до великих космолошких размера. Идеја је да нас није брига где су тачно групице, већ како се групице статистички понашају у систему, како се гравитационо распршују. "
Ма је приметио да Бровново кретање грудвица управља једначином, Фоккер-Планцк-овом једначином, која се користи за моделирање многих стохастичких или случајних процеса, укључујући и берзу. Ма и сарадници тренутно раде на решавању ове једнаџбе за космолошку тамну материју.
„Изненађујуће је и дивно да еволуција тамне материје, еволуција грудвица, подлеже једноставној једнаџби стара 90 година“, рекла је она.
Рад је подржала Национална управа за ваздухопловство и свемир.
Изворни извор: УЦ Беркелеи
