Клъстерът Ел Гордо показва, че тъмната материя може да реагира сама със себе си

Ваня Милева Последна промяна на 03 юни 2024 в 07:14 5947 0

Извадки от числената симулация на Ел Гордо.

Кредит Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202348000

Извадки от числената симулация на Ел Гордо.

Въпреки установеното от Стандартния космологичен модел, тъмната материя може наистина да взаимодейства сама със себе си.

Това е заключението от изследване, публикувано в Astronomy & Astrophysics и проведено от Рикардо Валдарнини (Riccardo Valdarnini) от групата по астрофизика и космология на SISSA (International School for Advanced Studies - Международна школа за напреднали изследвания).

Ел Гордо (на испански "Дебелия") е гигантски клъстер от галактики, всъщност това са два клъстера от галактики, които се сблъскват един с друг. Официално се нарича ACT-CL J0102-4915 и клъстерите имат обща маса от приблизително 2100 трилиона слънчеви маси, което е 2,1 x 1015 слънчева маса.

Клъстерите са на 7 милиарда светлинни години, така че приблизително когато Вселената е била наполовина по-стара, отколкото е сега - 13,8 милиарда години.

Наскоро астрономът Рикардо Валдарнини от SISSA провежда изследване, използвайки дигитални симулации, за да разбере какво се случва в Ел Гордо. Заключението от неговото изследване е забележително: може да се окаже, че тъмната материя е в състояние да реагира сама със себе си, така че да имате "самовзаимодействаща тъмна материя" (SIDM - self-interacting dark matter).

Ел Гордо, сниман с Чандра. Кредит: Рентген: NASA/CXC/Rutgers/J. Hughes et al; Оптичен: ESO/VLT & SOAR/Rutgers/F. Menanteau; IR: NASA/JPL/Rutgers/F. Menanteau

При изучаването на Ел Гордо Валдарнини разглежда физическото разстояние между точките, където тъмната материя и нормалната ("барионна") материя имат най-висока плътност. Въпреки че тъмната материя в Ел Гордо не се вижда директно, гравитационните лещи в и около клъстера позволяват да се измери колко тъмна материя има и как е пространствено разпределена.

Според приетия в момента стандартен космологичен модел тъмната материя съставлява 90% от цялата материя във Вселената и че тя е "студена тъмна материя" (CDM), материя, която се движи бавно и реагира с други частици само чрез гравитация, най-слабата от четирите природни сили.

При изключително големи сблъсъци като този, който се случва в Ел Гордо, се разграничават три компонента: газът между галактиките, който е компресиран от сблъсъка, самите галактики и тъмната материя. Сблъсъкът ще накара газът да загуби част от първоначалната си енергия и резултатът е, че от пространствена гледна точка пикът с най-висока плътност на газа изостава от пика на галактиките и тъмната материя. При нормален CDM пиковете на галактиките и тъмната материя трябва да нарастват едновременно, но в модела SIDM трябва да има разлика. И точно това е наблюдавано в Ел Гордо, "физическо разделяне на центроидите на тъмната материя – нейните точки на максимална плътност – от тези на други компоненти на масите".


Кредит: NASA, ESA и Jee et al

В Ел Гордо се виждат две големи масивни подгрупи, северозападният (NW) и югоизточният (SE) клъстер, които са на снимката по-горе. На снимката, направена с рентгеновия телескоп "Чандра" на Ел Гордо, виждаме газа в клъстера SE, който излъчва рентгенови лъчи поради високата температура и изглежда, че има две опашки в горния десен ъгъл. Рентгеновият пик изглежда е пространствено пред пика на тъмната материя при SE. Така наречената "Най-ярка клъстерна галактика" (BCG) в SE също изглежда разположена малко встрани от "центъра на масата на SE", мястото с най-висока плътност на материята. Също така в NW клъстера изглежда има разлика в разстоянието между местоположението на най-големите галактики и местоположението с най-висока плътност на масата.

Кредит: NASA, ESA, CSA, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria), B. Frye (University of Arizona), P. Kamieneski (Arizona State University), T. Carleton (Arizona State University), and R. Windhorst (University of Arizona), A. Pagan (STScI), J. Summers (Arizona State University), J. D’Silva (University of Western Australia), A. Koekemoer (STScI), A. Robotham (University of Western Australia), and R. Windhorst (University of Arizona)

За да обясни наблюдаваните разлики в пиковете на трите компонента, Валдарнини извършва така наречените "хидродинамични симулации за N-тела" (N-body/hydrodynamical simulations), за да види дали може да възпроизведе наблюденията с теоретични модели. Оказа се, че най-добри резултати са постигнати с моделите, в които тъмната материя е самовзаимодействаща, т.е. може да реагира и сама със себе си. При екстремни обстоятелства, като например гигантския сблъсък Ел Гордо, частиците тъмна материя могат да се сблъскат една с друга.

Справка: R. Valdarnini, An N-body/hydrodynamical simulation study of the merging cluster El Gordo: A compelling case for self-interacting dark matter?, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202348000

Източник: News from 'El Gordo': Study suggests dark matter may have collisional properties after all, International School of Advanced Studies (SISSA)

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !