Nu har forskare börjat söka efter hur mörk materia rör sig i vintergatan

 

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.

Rörelserna av galaxer genom eoner

 

Allt i vårt universum rör sig. Det gäller allt överallt på alla skalor. Filosofen  Herakleitos  var en grekisk filosof från staden Efesos som levde i slutet av 500-talet f.Kr en av hans utsagor var att man kan aldrig gå ner i samma flod två gånger. Innebärande att flodens vatten hela tiden rör sig och det vatten du gick ner i finns inte där nästa gång du går ner i floden. Men de tidsskalor som behövs för att se rörelse är ibland mycket större än människans livstid exempelvis som vi ska ta upp här galaxers rörelser.

 I en ny stor studie har ett team astronomer från University of Hawaii Institute for Astronomy (IfA), University of Maryland och University of Paris-Saclay spårat rörelser tillbaks i tiden hos 10000 galaxer och galaxhopar. De galaxer de undersökte finns inom ett avstånd av högst  inom 350 miljoner ljusår från oss. Galaxernas rörelser kunde följas under en period av 11,5 miljarder år  från när universum bara var 1,5 miljarder år gammalt, fram till idag. Det blir en tidsrymd av 13 miljarder år Universum beräknas vara 14,5 miljarder år gammalt. Undersökningen gjordes med hjälp av numerisk matematik. 

Teamet beräknade galaxernas rörelser baserat på galaxernas nuvarande ljusstyrka och positioner och deras nuvarande rörelse bort från oss. Astronomerna har tagit hänsyn till Big Bang-teorins fysik, inklusive tanken att galaxer initialt började expandera från varandra nästan exakt efter sitt bildande. Man använde i arbetet  vad som kallas Hubble-expansionshastighet.   (Hubbles lag)

Det tas ett steg vidare med forskning av detta slag för vår förståelse av vad universum är och hur det utvecklats. Men inte till varför det finns.  Den frågan är fortfarande och kanske för alltid en gåta (men anm.)

Forskargruppen som arbetade med detta projekt bestod (och består av om de fortfarande arbetar med detta) av Shaya (University of Maryland), Tully (University of Hawaii), Daniel Pomarede (University of Paris-Saclay) och Alan Peel (University of Maryland).

Bild flickr.com