Таємниці темної матерії. Вчені знайшли приховані "мости" між галактиками

Нова карта темної матерії в локальному всесвіті показує декілька раніше не виявлених ниткоподібних структур, що з'єднують галактики, повідомляє Phys.

Карта, розроблена вченими, може дозволити вивчити природу темної матерії, а також історію і майбутнє нашого локального всесвіту.

Темна матерія — речовина, з якої складається 80% Всесвіту. Вона також є каркасом того, що космологи називають космічною павутиною, великомасштабної структури Всесвіту, яка через свій гравітаційний вплив визначає рух галактик та іншого космічного матеріалу. Однак розподіл локальної темної матерії наразі невідомий, оскільки його не можна виміряти безпосередньо. Вчені роблять висновок про розподіл темної матерії, ґрунтуючись на її гравітаційному впливі на інші об'єкти у Всесвіті, такі як галактики.

"З часом, у міру того, як великомасштабна структура Всесвіту виросла, складність Всесвіту збільшилася, тому за своєю природою стає важче проводити вимірювання темної матерії локально", — говорить Донгхуей Чон, доцент астрономії та астрофізики в Пенсильванському університеті.

Попередні спроби скласти карту космічної павутини почалися з моделі раннього Всесвіту, а потім моделювалася її еволюція протягом мільярдів років. Однак цей метод вимагає великих обчислювальних ресурсів і поки не може дати досить докладних результатів, щоб побачити локальний всесвіт.

У новому дослідженні вчені використовували зовсім інший підхід, використовуючи машинне навчання для побудови моделі, яка використовує інформацію про розподіл і рух галактик для прогнозування розподілу темної матерії.

Дослідники створили свою модель, використовуючи великий набір симуляцій галактик під назвою Illustris-TNG, який враховує галактики, гази, іншу видиму матерію, а також темну матерію. Вчені спеціально вибрали галактики, зіставні з галактиками в Чумацькому Шляху, і в кінцевому підсумку визначили, які властивості галактик необхідні для передбачення розподілу темної матерії.

Потім дослідницька група застосувала свою модель до наявних даних про локальний всесвіт із каталогу галактик Cosmicflow-3. Каталог містить вичерпні дані про розподіл і рух понад 17 тисяч галактик в околицях Чумацького Шляху в межах 200 мегапарсек. Так вони склали карту локальної космічної павутини.

На карті показані відомі структури в локальному всесвіті, враховуючи "місцевий лист" — частина простору, що містить Чумацький Шлях, прилеглі галактики в "локальній групі" та галактики в скупченні Діви, а також "локальну порожнечу" — щодо пустої частини простору поряд із локальною групою. Крім того, на карті видно кілька нових структур, які потребують подальшого вивчення, зокрема ниткоподібні структури, що з'єднують галактики.

"Наявність локальної карти космічної павутини відкриває нову главу в космологічних дослідженнях", — говорить Чон. "Це допоможе нам зрозуміти природу темної матерії. І ми можемо також вивчати ці ниткоподібні структури, ці приховані мости між галактиками".

Вчені зробили припущення, що галактики Чумацький Шлях та Андромеда можуть повільно наближатися одна до одної, але залишається незрозумілим, чи можуть вони зіткнутися через мільярди років. Вивчення ниток темної матерії, що з'єднують дві галактики, може дати важливу інформацію про їхнє майбутнє.

"Оскільки темна матерія домінує у Всесвіті, вона здебільшого визначає нашу долю", — говорить Чон. "Ми можемо попросити комп'ютер розробити карту на мільярди років вперед, щоб побачити, що станеться в локальному всесвіті. Також ми можемо зазирнути в минуле, щоб зрозуміти історію нашого космічного сусідства".

Вчені вважають, що вони можуть підвищити точність своєї карти, додавши більше галактик. Заплановані астрономічні дослідження, наприклад, із використанням космічного телескопа Джеймса Вебба, можуть дозволити їм додати маленькі галактики, які ще треба побачити, і галактики, які знаходяться ще далі.