Новая карта темной материи показывает мосты между нашей галактикой и галактиками рядом

Новая карта темной материи, составленная с помощью искусственного интеллекта, показала скрытые нити из невидимого вещества, соединяющего галактики.

Карта сфокусирована на локальном участке Вселенной — в районах, окружающих нашу галактику Млечный Путь. Несмотря на то, что локальная Вселенная находится рядом, ее трудно картографировать, поскольку она заполнеан сложными структурами с видимой материи, отметил Донгуей Чонг, астрофизик из Пенсильванского государственного университета (США) и ведущий автор нового исследования, опубликованного недавно в "Astrophysical Journal".

"Мы должны провести обратное проектирование, чтобы узнать, глядя на галактики, где находится темная материя", - сказал Чонг изданию "Live Science".

Темная материя — это загадочная, невидимая субстанция, которая взаимодействует с видимой материей посредством гравитации.

Некоторые исследователи считают, что эта невидимая материя может состоять со слабовзаемодействующих массивных частиц (WIMP), которые были бы очень большими (для субатомных частиц, во всяком случае) и электромагнитно нейтральными, так что они не взаимодействовали бы ни с чем в электромагнитном спектре, например со светом.

Еще одна идея, которая имеет некоторые потенциальные доказательства, заключается в том, что темная материя может состоять из сверхлегких частиц, называемых аксионами.

Какой бы ни была темная материя, ее влияние проявляется в гравитационных силах, пронизывающих Вселенную. Однако картографировать невидимую гравитационную силу непросто.

Как правило, исследователи делают это с помощью больших компьютерных симуляций, начиная с модели ранней Вселенной и перематывая вперед через миллиарды лет расширения и эволюции видимой материи, заполняя гравитационные полости, чтобы выяснить, где темная материя была и где она должна находиться сейчас. Это требует больших вычислительных мощностей и значительного количества времени, отметил Чонг.

Это новое исследование использует другой подход. Сначала исследователи натренировали программу машинного обучения на тысячах компьютерных симуляциях с видимой и темной материями в локальном Вселенной.

Машинное обучение — техника, которая особенно умело отбирает шаблоны из больших массивов данных. Модели вселенных для исследования были получены из изящного набора астрофизических моделирований под названием Illustris-TNG.

После проверки точности тренировки машинного обучения на втором наборе моделирований вселенных Illustris-TNG, исследователи применили его к реальным данным.

Они использовали каталог галактик Cosmicflows-3, который содержит данные о распределении и движении видимой материи в пределах 200 мегапарсек, или 6,5 млрд световых лет, от Млечного Пути. Эта область включает более 17 000 галактик.

Эти карты плотности — каждая из них представляет собой поперечное сечение в разных измерениях — воспроизводят известные, заметные особенности Вселенной (красный), а также проявляют меньшие нитевидные признаки (желтый), которые служат в качестве скрытых мостов между галактиками. "X" обозначает галактику Млечный Путь, а стрелки указывают на движение локальной Вселенной под действием гравитации. (Hong et. Al., Astrophysical Journal, 2021)

Результатом стала новая карта темной материи в локальной Вселенной и ее связь с видимой материей.

В перспективном открытии, алгоритм машинного обучения воспроизвел значительную часть того, что уже было известно или подозревалось о окраине Млечного Пути из космологических моделирований.

Но он также предложило новые функции, включая длинные нити темной материи, которые соединяют галактики вокруг Млечного Пути с ним и между собой.

Это важно для понимания того, как галактики двигаться со временем, сказал Чонг.

Например, ожидается, что Млечный Путь и галактики Андромеда столкнутся друг с другом примерно через 4,5 миллиарда лет. Понимание роли локальной темной материи в этом столкновении может помочь более точно определить, как и когда состоится это слияние, а также другие.

"Теперь, когда мы знаем распределение темной материи, мы можем более точно рассчитать ускорение, которое будет двигать галактики вокруг нас", - сказал Чонг.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.