Bild https://today.usc.edu
Detta konstnärskoncept illustrerar den
nya synen på Vintergatan. Galaxens två stora armar kan ses fästa i ändarna av
en tjock central stav medan de två nu degraderade mindre armarna är mindre
distinkta och placerade mellan de stora armarna. (Med tillstånd /NASA/JPL-Caltech)
Ett forskarlag under ledning från USC (University of
Southern California) har skapat en serie stordatorsimulerade tvillingar till
Vintergatan. Något som kan hjälpa forskare att finna nya svar på ett av
universums största mysterier. Den osynliga mörka materia man anser finns och
vilken utgör cirka 85 procent av all materia som existerar.
Forskningen leddes av kosmolog Vera Gluscevic docent
vid USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences; och Ethan Nadler,
tidigare postdoktor vid USC och Carnegie Observatories numera biträdande
professor vid University of California, San Diego och Andrew Benson, forskare
vid Carnegie Observatories.
De kallade sitt simuleringsprojekt
"COZMIC", en förkortning för "Cosmological Zoom-in Simulations
with Initial Conditions beyond Cold Dark Matter". Till sviten av studier
tog forskargruppen steget att använda ny fysik. Inte bara vanlig partikelfysik
och relativitetsteori och programmerade en superdator för att skapa mycket
detaljerade kosmologiska simuleringar genom COZMIC för att testa olika idéer om
vad mörk materia kan göra, rörelser och är.
"Vi vill mäta massorna och andra
kvantegenskaper hos dessa partiklar och mäta hur de interagerar med allt
annat", beskriver Gluscevic. Med COZMIC kan vi för första gången simulera
galaxer som vår egen under radikalt annorlunda fysikaliska lagar för att testa
dessa lagar mot verkliga astronomiska observationer. Förutom Gluscevic, Nadler
och Benson inkluderar teamet bakom COZMIC Hai-Bo Yu från UC Riverside, Daneng
Yang, tidigare vid UC Riverside nu vid Purple Mountain Observatory CAS;
Xiaolong Du från UCLA; och Rui An, tidigare från USC.
– Våra simuleringar visar att observationer av de
minsta galaxerna kan användas för att urskilja modeller av mörk materia, beskriver
Nadler.
I studierna med COZMIC redogjorde forskarna för
följande beteendescenarier för mörk materia:
Biljardbollsmodellen: I denna första studie
kolliderar varje partikel av mörk materia med protoner tidigt i universum likt
biljardbollar när de först sätts i rörelse. Denna interaktion jämnar ut
småskaliga strukturer och eliminerar satellitgalaxer i Vintergatan. Denna
studie inkluderar också scenarier där mörk materia rör sig i hög hastighet och
andra där den består av partiklar med extremt låg massa.
Mixed-sector modellen: Denna andra studie var ett
hybridscenario där vissa partiklar av mörk materia interagerar med normal
materia medan andra passerar genom den.
Självinteragerande modellen: I denna tredje studie
simulerade forskarna ett scenario där mörk materia interagerar med sig själv
både i tidernas begynnelse och idag vilket förändrar hur galaxer bildats under
den kosmiska historien.
Medan de körde dessa simuleringar matade forskarna
in ny fysik i superdatorn för att skapa en galax vars struktur bär signaturer
av dessa interaktioner mellan normal och mörk materia, beskriver Benson.
Gluscevic tillägger: "Även om många tidigare
simuleringsprogram har utforskat effekterna av mörk materias massa eller
självinteraktioner har ingen hittills simulerat växelverkan mellan mörk materia
och vanlig materia. Sådana interaktioner är inte exotiska eller osannolika. Det
är faktiskt troligt att de existerar."
Forskningen fortsätter ännu har den inte givet ett
svar.
