Нова карта темної матерії показує мости між нашою галактикою та галактиками поблизу
Нова карта темної матерії, складена за допомогою штучного інтелекту, показала приховані волокна з невидимої речовини, що з’єднують галактики.
Карта сфокусована на локальній ділянці Всесвіту — околицях, що оточують нашу галактику Чумацький Шлях. Незважаючи на те, що локальний Всесвіт знаходиться поруч, його важко картографувати, оскільки він заповнений складними структурами з видимої матерії, зазначив Донгуей Чонг, астрофізик з Пенсильванського державного університету (США) та провідний автор нового дослідження, опублікованого недавно в “Astrophysical Journal”.
“Ми маємо провести зворотне проектування, щоб дізнатися, дивлячись на галактики, де знаходиться темна матерія”, - сказав Чонг виданню “Live Science”.
Темна матерія — це таємнича, невидима субстанція, яка взаємодіє з видимою матерією через гравітацію.
Деякі дослідники вважають, що ця невидима матерія може складатися з масивних частинок зі слабкою взаємодією (WIMP), які були б дуже великими (для субатомних частинок, у всякому разі) та електромагнітно нейтральними, так що вони не взаємодіяли б ні з чим в електромагнітному спектрі, наприклад зі світлом.
Ще одна ідея, яка має деякі потенційні докази, полягає в тому, що темна матерія може складатися з надлегких частинок, званих аксіонами.
Якою б не була темна матерія, її вплив виявляється в гравітаційних силах, що пронизують Всесвіт. Проте картографувати невидиму гравітаційну силу непросто.
Як правило, дослідники роблять це за допомогою великих комп'ютерних симуляцій, починаючи з моделі раннього Всесвіту і перемотуючи вперед через мільярди років розширення та еволюції видимої матерії, заповнюючи гравітаційні порожнини, щоб з'ясувати, де темна матерія була і де вона має знаходитися зараз. Це вимагає великих обчислювальних потужностей і значної кількості часу, зазначив Чонг.
Це нове дослідження використовує інший підхід. Спочатку дослідники натренували програму машинного навчання на тисячах комп’ютерних симуляціях з видимою та темною матеріями у локальному Всесвіті.
Машинне навчання — техніка, яка особливо вміло відбирає шаблони з великих масивів даних. Моделі всесвітів для дослідження були отримані з витонченого набору астрофізичних моделювань під назвою Illustris-TNG.
Після перевірки точності тренування машинного навчання на другому наборі моделювань всесвітів Illustris-TNG, дослідники застосували його до реальних даних.
Вони використали каталог галактик Cosmicflows-3, який містить дані про розподіл і рух видимої матерії в межах 200 мегапарсек, або 6,5 мільярдів світлових років, від Чумацького Шляху. Ця область включає понад 17 000 галактик.
Ці карти щільності — кожна з них представляє собою поперечний переріз у різних вимірах — відтворюють відомі, помітні особливості Всесвіту (червоний), а також виявляють менші ниткоподібні ознаки (жовтий), які служать у якості прихованих мостів між галактиками. “X” позначає галактику Чумацький Шлях, а стрілки вказують на рух локального Всесвіту під дією гравітації. (Hong et. Al., Astrophysical Journal, 2021)
Результатом стала нова карта темної матерії у локальному Всесвіті та її зв’язок із видимою матерією.
У перспективному відкритті, алгоритм машинного навчання відтворив значну частину того, що вже було відомо або підозрювалося про околиці Чумацького Шляху з космологічних моделювань.
Але він також запропонувало нові функції, включаючи довгі волокна темної матерії, які з'єднують галактики навколо Чумацького Шляху з ним та між собою.
Це важливо для розуміння того, як галактики рухатимуться з часом, сказав Чонг.
Наприклад, очікується, що Чумацький Шлях і галактики Андромеда зіткнуться одна з одною приблизно через 4,5 мільярда років. Розуміння ролі локальної темної матерії у цьому зіткненні може допомогти більш точно визначити, як і коли відбудеться це злиття, а також інші.
“Тепер, коли ми знаємо розподіл темної матерії, ми можемо більш точно розрахувати прискорення, яке рухатиме галактики навколо нас”, - сказав Чонг.
! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.