Новая карта темной материи во Вселенной проливает больше света на несколько ранее неизвестных нитевидных структур, соединяющих галактики.
Карта, разработанная с использованием машинного обучения международной группой, в которую входит астрофизик из Пенсильванского университета, может позволить изучить природу темной материи, историю и будущее нашей Вселенной.
Что такое темная материя
Темная материя — это неуловимое вещество, которое составляет 80% Вселенной. Он также обеспечивает «скелет» того, что космологи называют космическая сеть, крупномасштабная структура Вселенной, которая своим гравитационным влиянием определяет движение галактик и другого космического материала.
Однако распределение темной материи в настоящее время неизвестно. Мы до сих пор не знаем, как это измерить напрямую.
Исследователи делают вывод о его распространении, основываясь на его гравитационном влиянии на другие объекты во Вселенной, такие как галактики.
Пока так близко
По иронии судьбы, намного легче изучать распределение темной материи, «потому что оно отражает очень далекое прошлое, которое гораздо менее сложное», — говорит он. Донхуэй Чжон, доцент астрономии и астрофизики Пенсильванского университета и автор исследования.
«Со временем, по мере роста крупномасштабной структуры Вселенной, сложность Вселенной увеличилась, поэтому локально измерить темную материю по своей сути становится все труднее».
Предыдущие попытки составить карту космической сети начинались с модели ранней Вселенной. Затем на основе этой модели была смоделирована эволюция в течение миллиардов лет. Метод, требовательный к вычислительным ресурсам, который до сих пор не дал достаточно подробных результатов.
Охота за строением галактик
В новом исследовании исследователи использовали совершенно другой подход. С помощью машинного обучения они разработали модель, которая использует информацию о распределении и движении галактик для прогнозирования распределения темной материи.
Исследователи построили и обучили свою модель, используя большой набор симуляций галактик, который называется Иллюстрис-ТНГ, который включает галактики, газы, другую видимую материю и темную материю. Команда специально отобрала смоделированные галактики, сопоставимые с галактиками Млечного Пути, и в конечном итоге определила, какие свойства галактик необходимы для предсказания распределения темной материи.
Смоделированный опыт
«Когда предоставляется определенная информация, модель может по существу заполнить пробелы на основе того, что она наблюдала ранее», — говорит Чон.
«Карта наших моделей не полностью соответствует данным моделирования, но мы все еще можем реконструировать очень подробные структуры. Мы обнаружили, что учет движения галактик, а также их распределения значительно улучшил качество карты и позволил нам увидеть больше деталей ».
Полученная карта локальной космической сети опубликована в статье появилось онлайн 26 мая в Astrophysical Journal.
Как создается новая карта галактики
«Наличие локальной карты космической сети открывает новую главу в космологических исследованиях», — сказал Чон. «Мы можем изучить, как распределение темной материи соотносится с другими данными об эмиссии, что поможет нам понять природу темной материи. И мы можем напрямую изучать эти нитевидные структуры, эти скрытые мосты между галактиками».
Например, предполагалось, что галактики Млечный Путь и Андромеда могут медленно двигаться навстречу друг другу, но неясно, могли ли они столкнуться в течение многих миллиардов лет. Изучение нитей темной материи, связывающих две галактики, может дать важную информацию об их будущем.
«Поскольку темная материя доминирует в динамике Вселенной, она в основном определяет нашу судьбу», — сказал Чон. «Поэтому мы можем попросить компьютер развить карту в течение миллиардов лет, чтобы увидеть, что произойдет в локальной вселенной. И мы можем развить модель назад во времени, чтобы понять историю нашего космического соседства».
Исследователи считают, что они могут повысить точность своей карты, добавив больше галактик.
