Niewidzialne włókna: nowa mapa przedstawia rozmieszczenie ciemnej materii wokół Drogi Mlecznej – ujawnia nieznane wcześniej struktury. Obejmuje to wiele małych sznurków łączących sąsiednie galaktyki. Według astronomów z „Journal of Astrophysics”, bliższe przyjrzenie się ukrytym prądom materii w naszym kosmicznym środowisku może pomóc w wyjaśnieniu natury ciemnej materii.

Ciemna materia jest tak samo tajemnicza we wszechświecie. Ponieważ jego składniki i jakie są jego właściwości nie są do końca znane. Wydaje się jasne, że jego grawitacja kształtuje zachowanie i rozkład naturalnej materii we wszechświecie. Jednak sposób rozkładu samej ciemnej materii może być określony przez astronomów tylko pośrednio, na przykład na podstawie ruchu prądów gwiazdowych lub galaktyk.

Blisko podwozia jest ledwo ustawione

„Jak na ironię, łatwiej jest mapować rozmieszczenie ciemnej materii z dala od naszych okolic” – wyjaśnia współautor Donghui Jeong z Pennsylvania State University. „Ponieważ w odległej przeszłości wszechświat był mniej złożony”. Większość jego poprzedników Spotkania Stąd rozkład ciemnej materii zależy od obserwacji lub symulacji struktur odległych o miliardy lat świetlnych.

Jednak sposób, w jaki ciemna materia jest rozmieszczona w pobliżu naszej Drogi Mlecznej i Grupy Lokalnej, jest w dużej mierze nieznany. Powód: z jednej strony, części sąsiednich struktur są pokryte Drogą Mleczną, z drugiej strony na ruch galaktyk wpływają również czynniki inne niż ciemna materia, wyjaśniają Jeong i współpracownicy. Ale jeśli masz w zasięgu wzroku tylko kilka galaktyk, na przykład pobliski wszechświat, obliczenie tych destrukcyjnych czynników jest trudniejsze.

Pomoc ze sztucznej inteligencji

Aby rozwiązać ten dylemat, zespół Jeonga i główny autor, Sungwook Hong z Uniwersytetu w Seulu, zastosowali nowe podejście: wykorzystali sztuczną inteligencję do tworzenia map. Najpierw wyszkolili ten program adaptacyjny w zestawie symulacji, które określają cechy i rozmieszczenie galaktyk, materii międzygwiazdowej, a także ciemnej. Naukowcy skupili się na zestawach danych zawierających wiele galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej i jej otoczenia.

Korzystając z tych danych szkoleniowych, sztuczna sieć neuronowa dowiedziała się, w jaki sposób odpowiednia odległość, jasność i ruch galaktyk mają związek z gęstością i obecnością ciemnej materii w ich środowisku. Jeong wyjaśnia: „Na podstawie tego, czego się nauczyliśmy, system może teraz rozpoznawać szczegółowe struktury nowych danych i uzupełniać niektóre luki”.

W celu rzeczywistego mapowania sztuczna inteligencja otrzymała następnie dane z katalogu galaktyk Cosmicflow 3 na temat 17 647 galaktyk w odległości 65 milionów lat świetlnych od Drogi Mlecznej. Na podstawie tych informacji system określił rozmieszczenie i gęstość ciemnej materii w naszej okolicy.

Spójrz na „ciemne” struny

Mapa stworzona za pomocą sztucznej inteligencji ujawnia teraz po raz pierwszy, w jaki sposób ciemna materia jest rozmieszczona w naszym wszechświecie lokalnym. „Najbardziej uderzającą cechą, jaką odkryliśmy, jest włóknista struktura lokalnej kosmicznej sieci” – mówią naukowcy. Mapa wyraźnie pokazuje, że ciemna materia jest rozmieszczona wokół nas w strukturze przypominającej siatkę. Zatem jego lokalny rozkład jest podobny do tego, który można zaobserwować również w odległym wszechświecie.

Jeong mówi: „Istnienie takiej mapy lokalnej sieci kosmicznej otwiera zupełnie nowy rozdział w badaniach kosmicznych”. „Ponieważ możemy teraz przyjrzeć się, jak lokalne rozmieszczenie ciemnej materii jest powiązane z innymi danymi astronomicznymi, takimi jak określone emisje radioaktywne”.

To z kolei może dostarczyć informacji o wciąż tajemniczej naturze ciemnej materii. Według jednej z hipotez cząstki ciemnej materii mogą anihilować się nawzajem, emitując promieniowanie rentgenowskie lub promieniowanie gamma. Jeśli to prawda, to irradiancja powinna być odpowiednio wyższa w regionach o większej gęstości ciemnej materii – nowe oznaczenie umożliwia teraz takie porównanie.

Subtelna dynamika naszego otoczenia

Nowa mapa daje również wgląd w dynamikę i powiązania grawitacyjne wielu widocznych obiektów we wszechświecie lokalnym. Na przykład pokazuje kilka dobrze znanych dużych struktur, takich jak Lokalen Void, Stosunkowo pusty obszar przestrzeni, na skraju którego znajduje się nasza Droga Mleczna. „Dane dotyczące prędkości pokazują, w jaki sposób materia przemieszcza się z lokalnej pustki do sąsiednich struktur włóknistych i gromad galaktycznych” – wyjaśniają naukowcy.

Niektóre z większych ciągów lokalnej sieci scenorysów stają się również widoczne na nowej mapie. Jedna z tych rzeczy została odkryta w 2015 roku Most Ciemnej Materii Pomiędzy Gromadą Lokalną a Super Gromadą w Pannie, ale także Ścianą Piecu, nić łączącą kilka gromad galaktyk. Według astronomów dowodzi to, że nowa mapa 3D dobrze oddaje interakcje i dynamikę widzialnej i niewidzialnej materii.

Nierozpoznane struktury

Ale ekscytujące: mapowanie ujawnia również nowe, wcześniej nieodkryte struktury. Obejmuje to wiele mniejszych mostów ciemnej materii, które łączą sąsiednie galaktyki. „Dzięki nowej mapie wiemy teraz, gdzie znajdują się te struktury włókien, więc możemy bezpośrednio zbadać te ukryte mosty między galaktykami” – mówi Jeong.

Nowością jest również niedawno odkryta korekta galaktyk karłowatych, gromad kulistych i prądów gwiazdowych w pobliżu Drogi Mlecznej z Poziom lokalny. Obejmuje obszar w postaci płyty o średnicy około 20 milionów lat świetlnych, na którym Droga Mleczna i galaktyka Andromedy są otoczone przez 12 dużych galaktyk.

Znajomość tych struktur i zniekształceń może teraz dostarczyć więcej informacji o tym, jak nasze kosmiczne środowisko stało się tym, czym jest dzisiaj. „Ponieważ ciemna materia dominuje w dynamice wszechświata, determinuje również nasze przeznaczenie” – mówi Jeong. Jeśli znamy prawa stojące za ich obecnym rozmieszczeniem, możemy z grubsza cofnąć się w czasie i zrozumieć kosmiczną historię naszych sąsiadów. (Journal of Astrophysics, 2021; Doi: 10.3847 / 1538-4357 / abf040)

Są to: Uniwersytet Stanowy Pensylwanii

31 maja 2021

– Nadia Podbregar