Тайны темной материи. Ученые нашли скрытые "мосты" между галактиками

Новая карта темной материи в локальной вселенной показывает несколько ранее не обнаруженных нитевидных структур, соединяющих галактики, сообщает Phys

Карта, разработанная учеными, может позволить изучить природу темной материи, а также историю и будущее нашей локальной вселенной.

Темная материя – вещество, из которого состоит 80% Вселенной. Оно также представляет собой каркас того, что космологи называют космической паутиной, крупномасштабной структуры Вселенной, которая из-за своего гравитационного воздействия определяет движение галактик и другого космического материала. Однако распределение локальной темной материи в настоящее время неизвестно, поскольку его нельзя измерить напрямую. Ученые делают вывод о распределении темной материи, основываясь на ее гравитационном влиянии на другие объекты во Вселенной, такие как галактики.

"Со временем, по мере того, как крупномасштабная структура Вселенной выросла, сложность Вселенной увеличилась, поэтому по своей природе становится труднее проводить измерения темной материи локально", — говорит Донгхуэй Чон, доцент астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете.

Предыдущие попытки составить карту космической паутины начались с модели ранней Вселенной, а затем моделировалась ее эволюция на протяжении миллиардов лет. Однако этот метод требует больших вычислительных ресурсов и пока не может дать достаточно подробных результатов, чтобы увидеть локальную вселенную.

В новом исследовании ученые использовали совершенно другой подход, используя машинное обучение для построения модели, которая использует информацию о распределении и движении галактик для прогнозирования распределения темной материи.

Исследователи создали свою модель, используя большой набор симуляций галактик под названием Illustris-TNG, который включает галактики, газы, другую видимую материю, а также темную материю. Ученые специально выбрали галактики, сопоставимые с галактиками в Млечном Пути, и в конечном итоге определили, какие свойства галактик необходимы для предсказания распределения темной материи.

Затем исследовательская группа применила свою модель к имеющимся данным о локальной вселенной из каталога галактик Cosmicflow-3. Каталог содержит исчерпывающие данные о распределении и движении более 17 тысяч галактик в окрестностях Млечного Пути в пределах 200 мегапарсеков. Таким образом они составили карту локальной космической паутины.

На карте показаны известные структуры в локальной вселенной, включая "местный лист" — область пространства, содержащую Млечный Путь, близлежащие галактики в "локальной группе" и галактики в скоплении Девы, а также "локальную пустоту" — относительно пустe область пространства рядом с локальной группой. Кроме того, на карте видны несколько новых структур, требующих дальнейшего изучения, в том числе нитевидные структуры, соединяющие галактики.

"Наличие локальной карты космической паутины открывает новую главу в космологических исследованиях", — говорит Чон. "Это поможет нам понять природу темной материи. И мы можем также изучать эти нитевидные структуры, эти скрытые мосты между галактиками".

Ученые сделали предположение, что галактики Млечный Путь и Андромеда могут медленно приближаться друг к другу, но остается неясным, могут ли они столкнуться через миллиарды лет. Изучение нитей темной материи, соединяющих две галактики, может дать важную информацию об их будущем.

"Поскольку темная материя доминирует во Вселенной, она в основном определяет нашу судьбу", — говорит Чон. "Мы можем попросить компьютер разработать карту на миллиарды лет вперед, чтобы увидеть, что произойдет в локальной вселенной. Также мы можем заглянуть в прошлое, чтобы понять историю нашего космического соседства".

Ученые считают, что они могут повысить точность своей карты, добавив больше галактик. Запланированные астрономические исследования, например, с использованием космического телескопа Джеймса Вебба, могут позволить им добавить маленькие галактики, которые еще предстоит увидеть, и галактики, которые находятся еще дальше.