Nowe dane na temat gęstości ciemnej materii

Odległa gromada galaktyk. Źródło: NASA, ESA, CXC, M. Bradac (University of California, Santa Barbara), and S. Allen (Stanford University)

Naukowcy opracowali nową wersję symulacji komputerowej rozkładu ciemnej materii we Wszechświecie. Ma im ona dać istotne i nie znane dotąd w takiej skali informacje o jej profilu gęstości oraz o rozkładzie położonych w niej, podobnych do bąbli pustek. Mają one różne kształty i rozmiary, a średnia gęstość ciemnej materii wokół nich jest podwyższona. Wyniki tych badania zostały niedawno opublikowane w Physical Review Letters.

Naukowcy oceniają, że około 27% całego Wszechświata składa się z ciemnej materii. Cała reszta to zwykła, widziana materia oraz tzw. ciemna energia. Choć wiemy to już od dość dawna, ciągle jeszcze nie wiadomo, czym tak naprawdę jest ta cała ciemna materia. Mamy za to długą listę obiektów, którymi ciemna materia na pewno być nie może. Wykluczyć je było stosunkowo łatwo – teraz dużo trudniej będzie jednak dowieść, co w rzeczywistości tworzy ten niewidzialny składnik masy Wszechświata. To jedna z największych zagadek astronomii.

Celem poszerzenia naszej wiedzy o ciemnej materii naukowcy tworzą różne teoretyczne modele opisujące jej naturę i rozkład, jak również uruchomiają ambitne symulacje komputerowe w oparciu o te modele oraz o dostępne dziś dane obserwacyjne. Prace te doprowadziły do przypuszczenia, że ciemna materia prawdopodobnie ma rozkład podobny nieco do plastra miodu, z różnymi obszarami przestrzeni otoczonymi zwykłą materią. Przewiduje się też, że te tak zwane pustki w przestrzeni kosmicznej powstają wówczas, gdy ciemna materia zapada się pod wpływem własnej grawitacji, tworząc nitkowate włókna budujące ostatecznie „obramowania” wokół nowo powstałych pustek.

W ramach ostatnich badań naukowcy wygenerowali nowy rodzaj symulacji w celu lepszego określenia profili gęstości takich pustek kosmicznych. Tak jak już wcześniej, okazało się, że puste przestrzenie występują w różnych rozmiarach i budowie morfologicznej. Odkryto również, że gęstość ciemnej materii jest największa właśnie na granicach pustek. Poprzednie prace zdawały się sugerować, że centra pustek mają gęstość sferyczną, teraz okazało się, że jest to pewna uniwersalna cecha, występująca niezależnie od ich kształtów czy wielkości. Dotyczy to też tych pustych przestrzeni, które istniały wcześniej w historii Wszechświata.

Nakłada to istotne ograniczenia na nowe teorie i symulacje wykorzystujące dane obserwacyjne, jak również obiecujące perspektywy dla porównywania i oceny konkurencyjnych modeli kosmologii i grawitacji.

Więcej w artykule: Nico Hamaus, P. M. Sutter, and Benjamin D. Wandelt, Universal Density Profile for Cosmic Voids, Phys. Rev. Lett. 112, 251302 – 27 June 2014

Liczba odsłon: 1629


Profile gęstości (z lewej) i prędkości (z prawej) dla ośmiu sąsiadujących ze sobą pustek dla redshiftu zerowego. Zacienione obszary pokazują odchylenie standardowe σ w ramach każdego pomiaru (zmniejszone o 20 dla lepszej widoczności), natomiast słupki błędu wskazują błędy standardowe profilu średniej σ / NV. Linie ciągłe przedstawiają rozwiązania dla najlepszego dopasowania modeli dla gęstości oraz profilu prędkości.




Symulacja sieci rozkładu pustek i materii Wszechświata. Źródło: N. Hamaus/Paris Inst. of Astrophys. & M. Warren/Los Alamos National Lab, via Physics