Это как «размывается» Вселенной, возможно, посмотрел

Темная материя, скорее всего, начиная ингредиент для пивоварения до самых первых галактик во Вселенной. Вскоре после Большого взрыва, частицы темной материи бы слипаются между собой в гравитационный «гало», тянет окружающего газа в их ядрах, которые с течением времени охлаждается и конденсируется в первых галактик.

Хотя темная материя является основой структуры Вселенной, ученые очень мало знают о своей природе, так как частицы имеют до сих пор избегали обнаружения.

Теперь ученые из Массачусетского технологического института, Принстонского университета и Кембриджского университета обнаружили, что в ранней Вселенной, и самых первых галактик, выглядела бы совсем иначе в зависимости от природы темной материи. Впервые команда моделируется то, что в начале формирования галактики, как выглядело бы, если бы темная материя была «размытой», а не холодным или теплым.

Наиболее широко принятый сценарий, темная материя является холодной, состоит из медленно движущихся частиц, что наряду с гравитационным эффектам, не взаимодействуют с обычной материей. Теплая темная материя, как считается, немного легче и быстрее версии холодной темной материи. И нечеткой темной материи, относительно новое понятие, это нечто совершенно иное, состоящие из сверхлегких частиц, каждая около 1 octillionth (10-27) масса электрона (холодной темной материи частицы намного тяжелее-около 105 раз массивнее электрона).

В симуляции, исследователи обнаружили, что если темная материя является холодной, затем галактик в ранней Вселенной образовалось бы почти сферического гало. Но если природа темной материи является нечеткой или теплой, ранней Вселенной выглядела бы совсем иначе, в формировании первых галактик в Extended, хвост-как нити. В нечеткой Вселенной, эти нити появились бы полосатым, как звезда-горит струны на арфе.

Как новые телескопы онлайн, с возможностью видеть дальше в ранней Вселенной, ученые могут быть в состоянии вывести, от модели формирования галактик, является ли природа темной материи, которая сегодня составляет почти 85 процентов материи во Вселенной, является нечеткой в отличие от холодной или теплой.

«В первых галактик в ранней Вселенной может осветить то, что типа темной материи мы имеем сегодня», — говорит Марк Фогельсбергер, адъюнкт-профессор физики в Институте Кавли Массачусетского технологического института астрофизики и космических исследований. «Как мы видим, этот узор нити, и нечеткая темная материя-это правдоподобно или нет, и мы можем исключить эту модель из. Теперь у нас есть план, как это сделать».

Фогельсбергер является соавтором статьи, появляющиеся в реальной жизни. вместе с ведущим автор бумаги, Филипп Mocz из Принстонского университета, и Анастасия Фиалков Кембриджского университета и ранее в Университете Сассекса.

Пушистые волны

В то время как темная материя пока еще непосредственно не обнаружена, гипотеза о том, что описывает темную материю холода отлично зарекомендовал себя при описании крупномасштабной структуры наблюдаемой Вселенной. В результате, модели формирования галактик основаны на предположении, что темная материя является холодной.

«Проблема в том, что некоторые расхождения между наблюдениями и предсказаниями холодной темной материи,» Фогельсбергер указывает. «Например, если вы посмотрите на очень небольших галактик, прогнозные распределения темной материи в этих галактиках не вполне согласен с тем, что теоретические модели предсказывают. Так там напряжение есть».

Enter, затем, альтернативных теорий темной материи, в том числе теплая, и пушистая, что исследователями были предложены в последние годы.

«Природа темной материи остается загадкой», — сказал Фиалков. «Нечеткая темная материя обусловлена фундаментальной физики, например, теории струн, и, таким образом, является интересным темно-кандидат вопросу. Космические структуры, удерживайте клавишу, чтобы подтвердить или исключить такой темной материи modles».

Нечеткая темная материя состоит из частиц, которые настолько легкие, что они выступают в квантовой, волновой моды, а не как отдельные частицы. Этот квантовый, нечеткий характер, Mocz говорит, могла бы произвести ранних галактик, которые выглядят полностью отличается от стандартных моделей прогнозирования для холодной темной материи.

«Хотя в конце Вселенной эти различные темные сценарии дело может предсказать, подобные формы галактик, галактик будет разительно отличаться, что даст нам подсказку о том, что темная материя,» Mocz говорит.

Чтобы увидеть, как холодный и пушистый ранней Вселенной может быть, исследователи моделировали небольшой, кубического пространства ранней Вселенной, размером около 3 миллионов световых лет в поперечнике, и побежал вперед во времени, чтобы увидеть, как галактики форме, приведенной одним из трех темная материя сценариев: холодный, теплый, и пушистый.

Команда начала каждой модели, предполагая определенное распределение темной материи, которую ученые некоторые идеи, на основе измерений космического микроволнового фонового — «реликтового излучения», которое было испущено, и была обнаружена только 400 000 лет после Большого Взрыва.

«Темная материя не имеет постоянной плотности, даже в эти ранние времена», — говорит Фогельсбергер. «Есть крошечные шевеления на постоянное поле плотности».

Исследователям удалось использовать существующие алгоритмы для моделирования образования галактик в условиях холодной и теплой темной материи. Но для моделирования нечеткой темной материи, с ее квантовой природой, им нужен был новый подход.

Карта струны арфы

Исследователи модифицировали их имитации холодной темной материи, что позволило решить два дополнительных уравнения для моделирования образования галактик в нечеткой темной вселенской материи. Первое, Шредингера уравнение, описывает, как квантовая частица действует как волна, а во-вторых, Пуассона уравнение, описывает, как эта волна создает напряженность поля, или темная материя, и как это распределение, приводит к тяжести — сила, которая в итоге тянет в материи в виде галактик. Затем они соединили этот симулятор на модель, которая описывает поведение газа во Вселенной, и так оно и конденсируется в галактиках в ответ на гравитационные воздействия.

Во всех трех сценариях, галактик образуется там, где было более-плотности, или большого скопления гравитационно рухнул темной материи. Картина эта темная материя, однако, было по-разному, в зависимости от того, была холодной, теплой и пушистой.

В случае холодной темной материи, галактики формируются в сферические гало, а также меньше subhalos. Теплая темная материя произвела первые галактики в хвосте-как нити, и не subhalos. Это может быть связано с теплой светлее темной материи, быстрее природы, что делает частицы менее вероятно, чтобы остаться в меньшем, subhalo комочки.

Похожие на теплой темной материи, нечеткой темной материи образуются звезды вдоль нити. Но потом квантовых волновых эффектов в формировании галактик, которые сформировались более поперечнополосатой нити, как струны на невидимой арфе. Фогельсбергер говорит, что это рисунок в виде бороздок из-за помех, эффект, который происходит, когда две волны пересекаются. Когда это происходит, например, в волнах света, в точках, где гребни и впадины каждой волны выровнять виде темных пятен, создавая чередование светлых и темных областей.

В случае нечеткой темной материи, вместо светлых и темных точек, это создает чередование более плотных и плотные скопления темной материи.

«Вы получили бы большое гравитационное притяжение в этих плотностей, и газа, и в какой-то момент будет форма галактик вдоль тех более-плотностей, а не под-плотностей,» Фогельсбергер объясняет. «Эта фотография будет тиражироваться по всей ранней Вселенной».

Команда разработки более подробных предсказаний о том, что рано галактик, может быть, выглядел во Вселенной преобладают нечеткой темной материи. Их цель-предоставить карту для предстоящего телескопы, такие как космический телескоп Джеймса Вебба, который может выглядеть достаточно далеко назад во времени, чтобы определить самых ранних галактик. Если они видят нитевидные галактик, таких как те, моделируется Mocz, Фиалков, Фогельсбергер, и своих коллег, это может быть первые признаки того, что природа темной материи является нечеткой.

«Это обсервационное испытание мы можем предоставить для природы темной материи, основываясь на наблюдениях ранней Вселенной, который станет возможным в ближайшие пару лет», — говорит Фогельсбергер.

Это исследование было поддержано, в части, НАСА.

сделать разницу: спонсорские возможности