Космологията е в криза. Това не е преувеличение за примамливо

Може ли тъмната енергия „да се храни“ с тъмна материя? Как този процес променя формата на галактичните ореоли

Космологията е в рецесия. Това не е пресилване за примамливо заглавие, а констатация на факт, с който физиците живеят през последните няколко години. Разполагаме със Стандартния модел (ΛCDM), който от десетилетия разказва съвършено Вселената. Но през днешния ден точните измервания демонстрират несъответствия, които не могат да бъдат подценени.

Основният проблем е „ напрежението на Хъбъл “. Измерванията на скоростта на разширение на Вселената по ранните данни (реликтовото излъчване) и по късните данни (свръхновите звезди) дават разнообразни резултати. Числата не съответстват. Или инструментите ни лъжат, или ние фундаментално не разбираме по какъв начин работят гравитацията и силата в космологични мащаби.

Нашата вселена Млечен път и нейните по-малки сателитни галактики са заобиколени от великански ореол от газ с температура милион градуса (показан в синьо на художествената илюстрация по-долу), който е забележим единствено за галактическите рентгенови телескопи. Астрономи от Мичиганския университет откриха, че този голям парещ ореол се върти в същата посока като диска на Млечния път и със сравнима скорост.

Ново проучване на екип от астрофизици от ETH Цюрих и Китайската академия на науките предлага решение. Какво би станало, в случай че двата съществени съставния елемент на Вселената – тъмната материя и тъмната сила – не са изолирани един от различен? Ами в случай че те си разменят маса?

Какво съставлява моделът на взаимодействащата си тъмна сила?

В класическия модел ΛCDM тъмната сила е космологична константа. Тя е неизменима. Тъмната материя е гравитираща маса, която просто съществува и струпва галактиките една върху друга. Те съществуват редом, като си въздействат взаимно единствено посредством разширението на пространството.

Моделите на взаимодействащата тъмна сила (IDE) допускат, че сред тези съставни елементи има директен продан на енергия-моментум. Изследователите моделират два сюжета:

IDE I: Тъмната материя се разпада и се трансформира в тъмна сила. Масата на частиците тъмна материя понижава с течение на времето. IDE II: Тъмната сила се трансформира в тъмна материя. Масата на частиците се усилва и гравитацията нараства.

Тя въздейства на всичко – от скоростта на разширение на Вселената до метода, по който се образуват структурите на галактиките.

Как гравитацията трансформира формата на невидимото?

Учените не могат да следят директно този продан. Но могат да видят неговите резултати посредством компютърна симулация на N-образните тела. Те употребяват кода ME-GADGET, с цел да основат виртуална галактика и да видят по какъв начин се държат ореолите от тъмна материя – гигантските скупчвания на невидима материя, в които се намират забележимите галактики.

Фокусът на проучването е върху ориентацията и въртенето на тези ореоли по отношение на приливното поле.

Приливното поле е градиент на гравитационната мощ. То се поражда от неравномерното систематизиране на масата във Вселената. Именно това поле разтяга ореолите и ги кара да се въртят. Симулацията сподели очевидната взаимозависимост на държанието на ореолите от определения модел на взаимоотношение.

В модела IDE I (където материята изчезва): Ореолите губят маса. Гравитационната им връзка отслабва. Те стават по-малко плътни и по-„ хлабави “. Поради това приливните сили на заобикалящата ги Вселена ги деформират по-лесно. Резултатът: формата на ореола е по-силно разтеглена по линиите на приливното поле. Въпреки това въртенето им (спинът) се стреми да бъде перпендикулярно на това поле.

В модела IDE II (където идва материята): Тук протича противоположният развой. Ореолите набират маса, стават по-компактни и плътни. Те се опълчват по-добре на външните въздействия. Формата им зависи в по-малка степен от заобикалящата ги среда и спинът им се държи по по-различен метод, в сравнение с в сюжета на разпад.

За какво ни е да знаем къде се върти ореолът?

Тук поражда въпросът: за какво би трябвало да ни интересува по какъв начин се върти едно леке невидима материя в компютърна симулация?

Става дума за слаба гравитационна леща.

Астрономите учат структурата на Вселената, като следят по какъв начин гравитацията на солидните обекти огъва светлината от отдалечени галактики. Това е основен инструмент за бъдещи телескопи, като да вземем за пример китайския галактически телескоп CSST, който е в развой на създаване. За да бъдат тези измервания точни, би трябвало да се отстраняват систематичните неточности.

Една от главните неточности е „ вярното подравняване “. Галактиките са физически насочени от гравитацията на близките структури. Ако не знаем точните закони на това подравняване, можем да объркаме физическото въртене на галактиката с резултата от кривината на светлината. Това би объркало всички данни.

Какво трансформира това за бъдещите наблюдения?

Изследването демонстрира: в случай че използваме формулите на класическия модел ΛCDM за обработка на данните от бъдещите телескопи, а Вселената в действителност работи съгласно правилата на IDE, нашите карти ще бъдат неправилни.

Авторите на публикацията извеждат нови математически функционалности, които разказват по какъв начин се подреждат ореолите в моделите с продан на сила.

Ако тъмната материя се разпадне, сигналът за подравняване на формата се усилва. Ако тъмната сила се трансформира в материя, сигналът отслабва.

Опитваме се да измерим свойствата на Вселената с акуратност до парченце от %. Без да разбираме по какъв начин ореолите от тъмна материя се трансформират в разнообразни физични сюжети, рискуваме да получим неправилен набор от данни, вместо да решим казуса с разширението на Вселената.

Сега разполагаме с математическия уред, с цел да разграничим един модел от различен, когато дойдат действителни данни от орбитални телескопи.

(function() { const banners = [ // --- БАНЕР 1 (Facebook Messenger) --- `