Моделирование Млечного Пути в альтернативных сценариях темной материи: первые результаты проекта COZMIC
Темная материя остается одной из величайших загадок современной астрофизики. Невидимая, не излучающая свет, она составляет около 85% всей материи во Вселенной, но ее природа до сих пор ускользает от ученых. Однако благодаря новому проекту COZMIC (Cosmological Zoom-in Simulations with Initial Conditions beyond Cold Dark Matter) исследователи впервые смогли создать детальные компьютерные модели нашей галактики, Млечного Пути, в условиях различных сценариев поведения темной материи.
Этот прорывный проект, возглавляемый Верой Глушевич из Университета Южной Калифорнии, Итаном Надлером (ныне работающим в Калифорнийском университете в Сан-Диего) и Эндрю Бенсоном из обсерваторий Карнеги, открывает новые возможности для проверки гипотез о свойствах темной материи. Результаты их работы, опубликованные в трех статьях The Astrophysical Journal, позволяют по-новому взглянуть на формирование галактик и взаимодействие темной и обычной материи.
Почему темная материя так важна?
С момента высказывания идеи о темной материи в 1933 году швейцарским астрономом Фрицем Цвикки ученые предполагали, что она существует, но не могли напрямую ее наблюдать. Ее присутствие проявляется только через гравитационные эффекты: галактики вращаются быстрее, чем должны, а их структура остается стабильной, несмотря на центробежные силы.
Однако до сих пор неясно, из чего состоит темная материя, как она взаимодействует с обычным веществом и влияет на эволюцию галактик. COZMIC стал первым инструментом, который позволяет смоделировать эти процессы, учитывая не только стандартные законы физики, но и альтернативные теории.
Три революционных моделирования
В своих исследованиях команда COZMIC рассмотрела несколько возможных сценариев поведения темной материи:
- Модель бильярдного шара – частицы темной материи сталкиваются с протонами на ранних этапах Вселенной, что приводит к сглаживанию мелкомасштабных структур и уменьшению числа галактик-спутников вокруг Млечного Пути.
- Модель смешанного сектора – гибридный вариант, где часть темной материи взаимодействует с обычной, а другая остается «невидимой».
- Самовзаимодействующая модель – темная материя влияет сама на себя, изменяя процесс формирования галактик на протяжении всей космической истории.
Эти симуляции позволили ученым впервые увидеть, как разные типы темной материи формируют галактики, подобные нашей.
Что дальше?
Следующий шаг – сравнение виртуальных галактик COZMIC с реальными наблюдениями. Ученые планируют использовать данные телескопов, чтобы определить, какая из моделей лучше всего соответствует действительности. Это может привести к прорыву в понимании природы темной материи и, возможно, к открытию новых физических законов.
Как отметила Вера Глушевич: «Мы наконец-то можем спросить: ‘Какая версия Вселенной больше всего похожа на нашу?» Ответ на этот вопрос приблизит нас к разгадке одной из самых глубоких тайн мироздания.