Американская исследовательская команда под руководством космолога Веры Глушчевич из Университета Южной Калифорнии представила масштабный проект по моделированию Млечного Пути на суперкомпьютере — с целью приблизиться к разгадке одной из величайших космических тайн: природы темной материи. Эта невидимая субстанция, как считается, составляет около 85% всей материи во Вселенной. Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal (AstroJournal).
Проект, получивший название COZMIC (Cosmological Zoom-in Simulations with Initial Conditions beyond Cold Dark Matter), позволяет впервые смоделировать рождение и эволюцию галактик, подобных нашей, с учетом различных сценариев взаимодействия темной материи как между собой, так и с обычной материей.
Темная материя не испускает свет и не взаимодействует с электромагнитным излучением, поэтому напрямую ее зафиксировать невозможно. Ученые изучают ее косвенно — по тому, как она влияет на движение и форму галактик. Например, галактики вращаются с такой скоростью, что должны были бы распадаться, если бы не было некой “невидимой силы”, удерживающей их целыми.
Используя суперкомпьютеры, команда COZMIC провела симуляции, в которых вводились новые физические сценарии — за пределами классической модели “холодной” темной материи. Это позволило получить галактики-двойники, которые демонстрируют, как меняется структура Вселенной в зависимости от свойств темной материи.
Ученые рассмотрели несколько гипотетических моделей поведения темной материи. Бильярдная модель основана на том, частицы темной материи сталкиваются с протонами в ранней Вселенной, подобно шарам в бильярде. Это сглаживает мелкомасштабные структуры и может объяснить, почему во Млечном Пути меньше спутниковых галактик, чем предсказывают старые модели. Модель смешанного сектора предполагает, что часть частиц темной материи взаимодействует с обычной материей, часть — нет, а модель самовзаимодействующей темной материи утверждает, что частицы темной материи взаимодействуют между собой, как в ранней Вселенной, так и в наши дни, влияя на формирование галактик на протяжении всей космической истории.
“Мы наконец можем задать вопрос: какая версия Вселенной больше всего похожа на нашу?” — отметила Глушчевич.
Результаты COZMIC открывают новую главу в космологии и подводят человечество к пониманию, что же на самом деле составляет львиную долю вещества во Вселенной — и как это влияет на все, что мы видим в небе.
Следующий шаг команды — сопоставление данных симуляций с реальными наблюдениями, чтобы выявить уникальные следы взаимодействий темной материи в структурах галактик.
Ранее ученые заглянули в прошлое на 13 миллиардов лет назад с помощью телескопа.