Tumman aineen klusterit voivat paljastaa pimeän energian luonteen

Anonim

Tutkijat toivovat ymmärtävänsä yhden kosmologian kestävimmistä mysteereistä simuloimalla sen vaikutusta galaksien klustereihin.

Tämä mysteeri on tumma energia - ilmiö, jonka tutkijat olettavat aiheuttavan maailmankaikkeuden kasvavan yhä nopeammin. Kukaan ei tiedä mitään pimeästä energiasta, paitsi että se voi jotenkin puhaltaa melko kauas toisistaan.

Samalla pimeässä energiassa on yhtä varjoisa serkku - pimeä aine. Tämä näkymätön aine näyttää olevan klusteroitunut galaksien ympärille ja estää heitä pyörimästä itsensä erilleen antamalla heille ylimääräistä painovoimaa.

Tällainen klusterointivaikutus on kilpailevan pimeän energian kiihdyttävän laajentumisen kanssa. Kuitenkin tämän kilpailun täsmällisen luonteen tutkiminen voisi tuoda valoa pimeään energiaan.

"Monet tummia energiamalleja on jo suljettu pois nykyisten tietojen kanssa", sanoo tri. Alexander Mead, kosmologi British Columbia -yliopistossa Vancouverissa, Kanadassa, joka työskentelee Halo-mallinnuksessa. "Toivottavasti tulevaisuudessa voimme päättää enemmän."

Gravitational lensing

Tällä hetkellä ainoa tapa, jolla pimeää ainetta voidaan havaita, on etsimällä sen gravitatiivisen vetovoiman vaikutuksia muuhun aineeseen ja valoon. Tuottamansa voimakas gravitaatiokenttä voi aiheuttaa valon vääristymiä ja taipua suurilla etäisyyksillä - vaikutusta, jota kutsutaan gravitaatiolennaksi.

Kun kartoittamalla pimeä aine kosmoksen etäisillä osilla, tiedemiehet voivat selvittää, kuinka paljon pimeää aineistoa on olemassa - ja periaatteessa, miten pimeä energia vaikuttaa siihen klusterointiin.

Painovoimaisen linssin ja pimeän aineen yhdistämisen välinen yhteys ei kuitenkaan ole yksinkertainen. Tutkijoiden on tulkittava teleskooppeja koskevien tietojen perusteella yksityiskohtaisia ​​kosmologisia malleja - monimutkaisten järjestelmien matemaattisia esityksiä.

Tohtori Mead kehittää klusterointimallia, jonka hän toivoo saavansa riittävän tarkasti erottaa toisistaan ​​erilaiset pimeän energian hypoteesit.

"Analogia, josta pidän paljon, on turbulenssin kanssa. Turbulentissa nestevirrassa voit puhua virroista ja pörröistä, jotka ovat mukavia sanoja, mutta todellisuus siitä, kuinka nestemäinen putki menee virtaamaan rauhallisesti virtaamaan turbulenttisella tavalla, on äärimmäisen monimutkainen ."

Viides voima

Eräs eksoottisimmista teorioista on se, että pimeä energia on tulosta tällä hetkellä havaitsemattomasta viidennestä voimasta luonnollisten neljän tunnetun voiman lisäksi - painovoiman, sähkömagnetismin ja voimakkaiden ja heikkojen ydinvoimien sisällä.

Yleisempää hypoteesia tummalle energialle tunnetaan kuitenkin kosmologisena vakiona, jota Albert Einstein esitti osana hänen yleistä suhteellisuusteoriaansa. Uskotaan usein kuvaavan virtuaalisten hiukkasten kaiken läpäisevän meren, joka leviää jatkuvasti ja olemattomaksi koko maailmankaikkeudessa.

Yksi tapa sulkea pois kosmologisen vakion hypoteesi on luonnollisesti todistaa, että pimeä energia ei ole lainkaan vakio. Tämä on tavoite Dr. Pier Stefano Corasanitille Pariisin observatoriosta Ranskassa, joka - EDECS-hankkeessa - lähestyy pimeän aineen klusteroitumista eri suuntaan.

Sen sijaan, että yritettäisiin mallintaa klusteroitumista gravitaatiolinsseistä, hän aloittaa erityisesti dynaamisen energian dynamiikan - eli ei vakio - hypoteesin ja yrittää ennustaa kuinka pimeä aine klusteroituu, jos näin olisi.

Koetella rajoja

Periaatteessa on rajattomat tavat, joilla pimeä energia voi vaihdella avaruuteen ja aikaan, vaikka monet teoriat on jo suljettu pois olemassa olevista havainnoista. Dr. Corasaniti keskittyy simulaatioihinsa dynaamisten tummien energioiden tyyppeihin, jotka työntävät näiden havainnointirajojen reunoja ja avaavat tien testeihin tulevilla kokeiluilla.

Simulaatiot, jotka jäljittävät lukuisten "N-kehon" pimeän ainepartikkeleiden kehitystä, edellyttävät supertietokoneiden toimintaa pitkiä aikoja, käsittelemällä useita petatavuja (tuhat miljoonaa miljoonaa tavua) dataa.

"Olemme käyneet suurimpien kosmologisten N-kehon simulaatioiden joukossa koskaan toteutuneina", sanoi Dr. Corasaniti.

Dr. Corasanitin simulaatiot ennustavat, että pimeän energian kehittyminen ajan myötä vaikuttaa pimeän aineen ryhmittelyyn. Tämä vuorostaan ​​muuttaa tehokkuutta, jolla galaksit muodostavat tavalla, joka ei olisi tavanomaisen pimeän energian tapauksessa.

Ennusteet, joita hänen mallistonsa tekevät, voitaisiin testata tulevien teleskoopien, kuten Chilen suuren synoptisen selvityksen teleskoopin ja Square Kilometer Arrayin, avulla Australiassa ja Etelä-Afrikassa, sekä satelliittitoimilla, kuten Euclid (EUropean Cooperation for LIghtning Detection) ja WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope).

"Jos pimeä energia osoittautuu dynaamisena ilmiönä, sillä on syvällinen merkitys paitsi kosmologialle, myös ymmärtämyksemme perusfysiikasta", sanoi tohtori Corasaniti.

menu
menu