USC liderliğindeki bir araştırma ekibi, Samanyolu galaksimizin bir dizi süper bilgisayar simülasyonlu ikizini yarattı-bu da bilim adamlarının evrendeki en büyük gizemlerden biri hakkında yeni cevapların kilidini açmasına yardımcı olabilir: karanlık madde, var olan tüm maddelerin yaklaşık% 85’ini oluşturan görünmez madde.
Araştırma, USC Dornsife Mektuplar, Sanat ve Bilimler Koleji’nde doçent olan kozmolog Vera Gluscevic; yanı sıra, şimdi Kaliforniya Üniversitesi, San Diego’da yardımcı doçent olan USC ve Carnegie Gözlemevi’nde doktora sonrası olan Ethan Nadler; ve Andrew Benson, Carnegie Gözlemevleri’nde bir personel bilimcisi.
Simülasyon projelerini “Cozmic” olarak adlandırdılar-“soğuk karanlık maddenin ötesinde başlangıç koşullarına sahip kozmolojik zoom-in simülasyonları” için.
Bilim adamları onlarca yıldır karanlık maddenin var olduğunu biliyorlar – ama şimdiye kadar, galaksilerin karanlık ve normal maddenin etkileşime girdiği bir evrende nasıl doğduğunu ve geliştiğini inceleyemediler. Ekip, Cozmic’in bunu mümkün kıldığını söyledi.
Cozmic’in gelişimi ve ekibin sonuçları, bugün (16 Haziran Pazartesi) yayınlanan üçlü çalışmalarda açıklanmaktadır. Astrofizik DergisiAmerikan Astronomi Derneği’nin bir yayını. (Bkz. Cozmic I, Cozmic II ve Cozmic III)
Karanlık Maddenin Kalbi
Bilim adamları karanlık maddenin gerçek olduğunu biliyorlar çünkü galaksilerin nasıl hareket ettiğini ve birbirine yapıştığını etkiliyor. Örneğin, galaksiler o kadar hızlı dönerler ki ayrılırlar, ama yapmazlar. Görünmez bir şey onları bir arada tutar; Birçok bilim adamı, karanlık maddenin bunun kalbinde olduğuna inanıyor – ilk olarak 1933’te İsviçreli bir araştırmacı Fritz Zwicky tarafından önerilen bir fikir. O zamandan beri karanlık madde üzerine yapılan araştırmalar gelişti.
Karanlık madde çalışmak zordur, çünkü kolayca tespit edilebilecek herhangi bir ışık veya enerji yaymaz. Bilim adamları, Galaksiler gibi hareketleri ve yapıları nasıl etkilediğini izleyerek karanlık maddeyi inceliyorlar. Bununla birlikte, bu, gölgeyi atan gerçek kişiyi ayrıntılı olarak incelemeden birinin gölgesini incelemek gibidir.
Araştırma ekibi, sadece standart parçacık fiziği ve göreliliği değil, yeni fizik dağıtma adımını attı ve karanlık maddenin neler yapabileceği hakkında farklı fikirleri test etmek için Cozmic aracılığıyla çok ayrıntılı kozmolojik simülasyonlar oluşturmak için bir süper bilgisayar programladı.
Glusceevic, “Bu parçacıkların kütlelerini ve diğer kuantum özelliklerini ölçmek istiyoruz ve diğer her şeyle nasıl etkileşime girdiklerini ölçmek istiyoruz.” Dedi. “Cozmic ile, ilk kez, radikal olarak farklı fiziksel yasalar altında kendimiz gibi galaksileri simüle edebilir ve bu yasaları gerçek astronomik gözlemlere karşı test edebiliriz.”
Glusevic, Nadler ve Benson’a ek olarak, Cozmic’in arkasındaki ekip, UC Riverside’dan Hai-Bo Yu; Daha önce UC Riverside ve şimdi Purple Mountain Gözlemevi CAS’da Daneng Yang; UCLA’nın Xiaolong Du; ve eski USC.
Birkaç karanlık madde senaryosu
Nadler, “Simülasyonlarımız, en küçük galaksilerin gözlemlerinin karanlık madde modellerini ayırt etmek için kullanılabileceğini ortaya koyuyor.” Dedi.
Cozmic ile yapılan çalışmalar için, bilim adamları aşağıdaki karanlık madde davranış senaryolarını açıkladılar:
- Billiard-Ball Modeli: Bu ilk çalışmada, her karanlık madde parçacığı evrenin erken dönemlerinde protonlarla çarpışır, tıpkı ilk harekete geçtiklerinde bilardo topları gibi. Bu etkileşim, küçük ölçekli yapıları yumuşatır ve uydu galaksilerini Samanyolu’nda ortadan kaldırır. Çalışma aynı zamanda karanlık maddenin yüksek hızlarda hareket ettiği senaryoları ve son derece düşük kütleli parçacıklardan oluştuğu diğer senaryoları da içermektedir.
- Karma sektörlü model: Bu ikinci çalışma, bazı karanlık madde parçacıklarının normal madde ile etkileşime girdiği, ancak diğerlerinin içinden geçtiği hibrit bir senaryodur.
- Kendi Kendini Müdahale Eden Model: Bu üçüncü çalışma için, bilim adamları Karanlık Maddenin hem zamanın şafağında hem de bugün kendisiyle etkileşime girdiği ve kozmik tarihte galaksi oluşumunu değiştirdiği bir senaryoyu simüle ettiler.
Bu simülasyonları çalıştırırken, bilim adamları, yapısı normal ve karanlık madde arasındaki bu etkileşimlerin imzalarını taşıyan bir galaksi üretmek için süper bilgisayar içine yeni fizik giriyorlar.
Glusceevic, “Önceki birçok simülasyon süiti karanlık madde kütlesinin veya kendi etkileşimlerinin etkilerini araştırmış olsa da, şimdiye kadar hiçbiri normal madde ile karanlık madde etkileşimlerini simüle etmedi. Bu tür etkileşimler egzotik veya mantıksız değil. Aslında var olmaları.”
Karanlık Madde İçin Yeni Bir Gün
Ekip, karanlık maddenin gerçekte ne olduğunu anlamanın büyük bir adım olduğunu söylüyor. İkiz galaksilerini gerçek teleskop görüntüleriyle karşılaştırarak, uzayın en büyük gizemlerinden birini çözmeye daha da yaklaşabileceklerini umuyorlar.
Glusceevi, “Sonunda ‘Evrenin hangi versiyonuna en çok benziyor?’ ‘Diye sorabiliyoruz.
Cozmic ekibi, gerçek galaksilerde karanlık madde davranışının imzalarını keşfedebilmeleri için simülasyonlarından tahminlerini doğrudan test ederek çalışmalarını genişletmeyi planlıyor.
Bu sonraki aşama, bilim adamlarını karanlık maddenin ne olduğunu ve kozmosu nasıl şekillendirdiğini anlamak için her zamankinden daha yakın hale getirebilir.
