Η προσομοίωση αποκαλύπτει πώς μπορεί να μοιάζει το σκοτεινό ζήτημα αν μπορούμε να το δούμε

Πώς μελετάς κάτι αόρατο; Αυτή είναι μια πρόκληση που αντιμετωπίζουν οι αστρονόμοι που μελετούν σκοτεινή ύλη.

Αν και η σκοτεινή ύλη περιλαμβάνει το 85 τοις εκατό όλης της ύλης στο Σύμπαν, δεν αλληλεπιδρά με το φως. Μπορεί να φανεί μόνο μέσω της βαρυτικής επιρροής που έχει στο φως και σε άλλα θέματα. Για να επιδεινωθούν τα πράγματα, οι προσπάθειες άμεσης ανίχνευσης της σκοτεινής ύλης στη Γη ήταν μέχρι στιγμής ανεπιτυχείς.

Παρά την αόριστη ποιότητα της σκοτεινής ύλης, μάθαμε πολλά πράγματα για αυτήν.

Γνωρίζουμε ότι δεν είναι μόνο σκοτεινό αλλά κρύο. Ως αποτέλεσμα, συσσωρεύεται, σχηματίζοντας τους σπόρους των συστάδων γαλαξιών. Επίσης σχηματίζει συχνά φωτοστέφανα γύρω από τους γαλαξίες, αποτελώντας την πλειονότητα της μάζας του γαλαξία.

Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλές αναπάντητες ερωτήσεις σχετικά με τη σκοτεινή ύλη, έτσι οι αστρονόμοι αναπτύσσουν συχνά νέα μοντέλα για σκοτεινή ύλη, συγκρίνοντάς τα με την παρατήρηση για να ελέγξουν την ακρίβειά τους.

Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι μέσω εξελιγμένων προσομοιώσεων υπολογιστών.

Πρόσφατα, μια ομάδα από το Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics πραγματοποίησε μια λεπτομερή προσομοίωση του σύμπαντος της σκοτεινής ύλης και έχει παράγει μερικά εκπληκτικά αποτελέσματα.

Η ακρίβεια κάθε προσομοίωσης σκοτεινής ύλης εξαρτάται από τις παραδοχές που κάνετε σχετικά με τη σκοτεινή ύλη. Σε αυτήν την περίπτωση, η ομάδα υπέθεσε ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από αδύναμα αλληλεπιδρώντας τεράστια σωματίδια (WIMPs) με μάζα περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από ένα πρωτόνιο.

Ο ανιχνευτής νετρίνου IceCube στην Ανταρκτική αναζητά WIMPs. (Συνεργασία IceCube / NSF)

Τα WIMPs είναι μία από τις πιο δημοφιλείς θεωρίες για τη σκοτεινή ύλη. Παρόμοιες προσομοιώσεις υπολογιστών της σκοτεινής ύλης WIMP έχουν γίνει στο παρελθόν. Ωστόσο, αυτό ήταν εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης, προσομοιώνοντας χαρακτηριστικά σε κλίμακα που κυμαινόταν σε τριάντα τάξεις μεγέθους.

READ  Πρώην θαλάσσιος πανηγυρίζει ιατρικούς εργαζόμενους κάθε πρωί μετά τη νυκτερινή βάρδια τους φροντίζοντας τους ασθενείς Covid-19

Σε αυτήν την προσομοίωση, η σκοτεινή ύλη σχηματίστηκε σε φωτοστέφανα γύρω από τους γαλαξίες, όπως παρατηρούμε. Αλλά είναι ενδιαφέρον, διαπίστωσε ότι τα φωτοστέφανα αναπτύχθηκαν επίσης σε όλες τις κλίμακες μάζας, από μικρά φωτοστέφανα μάζας πλανήτη, έως γαλαξιακά φωτοστέφανα, έως μαζικά φωτοστέφανα που σχηματίζονται γύρω από συστάδες γαλαξιών.

Αυτά τα φωτοστέφανα έχουν παρόμοια δομή, όπου είναι πιο πυκνά προς το κέντρο τους, γίνονται πιο διάχυτα στα άκρα τους. Το γεγονός ότι αυτό συμβαίνει σε όλες τις κλίμακες το καθιστά ρητό χαρακτηριστικό της σκοτεινής ύλης.

Προσομοιωμένα φωτοστέφανα σε όλες τις κλίμακες. (J. Wang / S. Bose / Κέντρο Αστροφυσικής)Προσομοιωμένα φωτοστέφανα σε όλες τις κλίμακες. (J. Wang / S. Bose / Κέντρο Αστροφυσικής)

Ενώ τα φωτοστέφανα μικρής κλίμακας είναι πολύ μικρά για να ανιχνευθούν μέσω της βαρυτικής τους επίδρασης στο φως, θα μπορούσαν να μας πουν πώς αλληλεπιδρά η σκοτεινή ύλη με την ίδια. Μια ιδέα για τη σκοτεινή ύλη είναι ότι όταν συγκρούονται σωματίδια σκοτεινής ύλης, εκπέμπουν ακτινοβολία γάμμα.

Ορισμένες παρατηρήσεις ακτίνων γάμμα έχουν υπαινιχθεί ένα περίσσεια ακτίνων γάμμα που προέρχεται από το κέντρο του γαλαξία μας, η οποία θα μπορούσε να προκληθεί από σκοτεινή ύλη. Σε αυτό το συγκεκριμένο μοντέλο, οι περισσότερες ακτινοβολίες γάμμα που παράγονται από σκοτεινή ύλη προέρχονται από μικρότερα φωτοστέφανα.

Δεδομένου ότι η κλίμακα ενός φωτοστέφανου θα επηρέαζε το ενεργειακό φάσμα των ακτίνων γάμμα, αυτό το μοντέλο κάνει συγκεκριμένες προβλέψεις για την περίσσεια ακτίνων γάμμα που πρέπει να δούμε τόσο στον Γαλαξία όσο και σε άλλους γαλαξίες.

Η σκοτεινή ύλη παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα προβλήματα στη σύγχρονη αστρονομία.

Ενώ θα θέλαμε να το ανιχνεύσουμε άμεσα, μέχρι να συμβεί αυτό, προσομοιώσεις όπως αυτή είναι ένα από τα πιο ισχυρά εργαλεία μας για την καλύτερη κατανόηση της σκοτεινής ύλης.

READ  Ο διαστρικός επισκέπτης Oumuamua θα μπορούσε πραγματικά να είναι ένα κοσμικό λαγουδάκι σκόνης

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά από Σύμπαν σήμερα. Διαβάστε το πρωτότυπο άρθρο.

Written By
More from Izer

Μαζικοί σωλήνες λάβας στο φεγγάρι και τον Άρη θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν από αστροναύτες

Οι σωλήνες λάβας είναι σπήλαια που δημιουργούνται από λάβα καθώς ρέει από...
Read More

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *