Symulacja ujawnia, jak mogłaby wyglądać ciemna materia, gdybyśmy mogli ją zobaczyć

Jak studiujesz coś niewidzialnego? To wyzwanie, przed którym stoją badający astronomowie Ciemna materia.

Chociaż ciemna materia stanowi 85 procent całej materii we Wszechświecie, nie oddziałuje ze światłem. Można to zobaczyć tylko poprzez grawitacyjny wpływ, jaki wywiera na światło i inną materię. Co gorsza, dotychczas próby bezpośredniego wykrycia ciemnej materii na Ziemi zakończyły się niepowodzeniem.

Pomimo nieuchwytnej właściwości ciemnej materii, dowiedzieliśmy się o niej kilku rzeczy.

Wiemy, że jest nie tylko ciemno, ale i zimno. W rezultacie skupia się razem, tworząc nasiona gromad galaktyk. Często tworzy również halo wokół galaktyk, które stanowią większość masy galaktyki.

Jednak wciąż istnieje wiele pytań bez odpowiedzi na temat ciemnej materii, więc astronomowie często opracowują nowe modele ciemnej materii, porównując je z obserwacjami, aby sprawdzić ich dokładność.

Jednym ze sposobów jest to za pomocą zaawansowanych symulacji komputerowych.

Niedawno zespół z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics przeprowadził szczegółową symulację kosmosu ciemnej materii, która przyniosła zaskakujące wyniki.

Dokładność dowolnej symulacji ciemnej materii zależy od założeń, jakie przyjmujesz na temat ciemnej materii. W tym przypadku zespół założył, że składa się z ciemnej materii słabo oddziałujące masywne cząstki (WIMP) o masie około 100 razy większej od masy protonu.

Detektor neutrin IceCube na Antarktydzie szuka WIMP-ów. (Współpraca IceCube / NSF)

WIMP to jedna z bardziej popularnych teorii ciemnej materii. Podobne symulacje komputerowe ciemnej materii WIMP przeprowadzono już wcześniej. Mimo to ten miał wyjątkowo wysoką rozdzielczość, symulując cechy w skali sięgającej trzydziestu rzędów wielkości.

W tej symulacji ciemna materia uformowała się w halo wokół galaktyk, tak jak obserwujemy. Co ciekawe, odkryto, że halo rozwijało się również we wszystkich skalach mas, od małych halo o masie planet, przez halo galaktyczne, po halo masywne, które tworzą się wokół gromad galaktyk.

Te aureole mają podobną strukturę, gdzie są najbardziej gęste w kierunku ich środka, stając się bardziej rozproszone na krawędziach. Fakt, że dzieje się to we wszystkich skalach, czyni to wyraźną cechą ciemnej materii.

Symulowane halo ciemnego materii we wszystkich skalach. (J. Wang / S. Bose / Center for Astrophysics)

Chociaż halo w małej skali jest zbyt małe, aby można było je wykryć poprzez ich grawitacyjny wpływ na światło, mogą nam powiedzieć, jak ciemna materia oddziałuje ze sobą. Jeden z pomysłów dotyczących ciemnej materii jest taki, że kiedy zderzają się cząstki ciemnej materii, emitują promieniowanie gamma.

Niektóre obserwacje promieniowania gamma wskazywały na a Nadmiar promieniowania gamma pochodzącego z centrum naszej galaktyki, który może być spowodowany ciemną materią. W tym konkretnym modelu większość promieniowania gamma wytwarzanego przez ciemną materię pochodziłaby z mniejszych halo.

Ponieważ skala halo wpłynęłaby na widmo energetyczne promieni gamma, model ten zawiera szczegółowe prognozy dotyczące nadmiaru promieniowania gamma, który powinniśmy widzieć zarówno w Drodze Mlecznej, jak iw innych galaktykach.

Ciemna materia pozostaje jednym z największych nierozwiązanych problemów współczesnej astronomii.

Chociaż chcielibyśmy wykryć to bezpośrednio, dopóki to się nie stanie, symulacje takie jak ta są jednym z naszych najpotężniejszych narzędzi do lepszego zrozumienia ciemnej materii.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany przez Wszechświat dzisiaj. Przeczytać oryginalny artykuł.