Mørke materielle klynger kunne avsløre naturen av mørk energi

Anonim

Forskere håper å forstå en av de mest varige mysterier i kosmologi ved å simulere dens effekt på clustering av galakser.

Det mysteriet er mørk energi - fenomenet som forskere hypoteser fører til at universet utvides med en stadig raskere hastighet. Ingen vet noe om mørk energi, bortsett fra at det kan være, på en eller annen måte, blåser stort sett alt fra hverandre.

I mellomtiden har mørk energi en like skyggefull fetter - mørkt materiale. Dette usynlige stoffet ser ut til å ha vært sammenstøtende rundt galakser, og hindrer dem i å spinne seg fra hverandre ved å låne dem en ekstra gravitasjonstrekning.

En slik klyngende effekt er i konkurranse med den mørke energienes akselererende ekspansjon. Likevel å studere den nøyaktige naturen til denne konkurransen kan kaste lys på mørk energi.

"Mange mørke energimodeller er allerede utelukket med dagens data, " sa Dr. Alexander Mead, en kosmolog ved University of British Columbia i Vancouver, Canada, som jobber med et prosjekt som heter Halo-modellering. "Forhåpentligvis i fremtiden kan vi styre mer ut."

Gravitasjonslinsing

Foreløpig kan den eneste måten mørke saken bli observert, ved å lete etter effekten av dens tyngdekraftenes trekk på annen sak og lys. Det intense tyngdefeltet det produserer, kan forårsake lys forvrengning og bøyning over store avstander - en effekt kjent som gravitasjonslinsering.

Ved å kartlegge det mørke stoffet i fjerne deler av kosmos, kan forskere finne ut hvor mye mørk materiell clustering det er - og i prinsippet hvordan den clusteringen blir påvirket av mørk energi.

Koblingen mellom gravitasjonslinsing og mørk materie-clustering er imidlertid ikke rettferdig. For å tolke data fra teleskoper, må forskere referere til detaljerte kosmologiske modeller - matematiske representasjoner av komplekse systemer.

Dr. Mead utvikler en klyngemodell som han håper vil ha nok nøyaktighet til å skille mellom ulike mørke energi hypoteser.

"En analogi jeg liker mye er med turbulens. I turbulent væskestrøm kan du snakke om strømmer og eddier, som er fine ord, men virkeligheten av hvordan væske i et rør går fra å flyte roligt til å flyte på turbulent måte, er ekstremt komplisert ."

Femte kraft

En av de mer eksotiske teoriene er at mørk energi er resultatet av en hittil uoppdaget femte kraft, i tillegg til naturens fire kjente krefter-tyngdekraft, elektromagnetisme og de sterke og svake atomkraftene i atomer.

En mer vanlig hypotese for mørk energi er imidlertid kjent som den kosmologiske konstanten, som ble fremsatt av Albert Einstein som en del av hans generelle relativitetsteori. Det antas ofte å beskrive et helt gjennomsiktig hav av virtuelle partikler som kontinuerlig popper inn og ut av eksistens gjennom hele universet.

En måte å utelukke den kosmologiske konstante hypotesen er selvfølgelig å bevise at mørk energi ikke er konstant i det hele tatt. Dette er målet for Dr. Pier Stefano Corasaniti fra Paris Observatory i Frankrike, som - i et prosjekt som heter EDECS - nærmer seg mørk materiell clustering fra en annen retning.

I stedet for å forsøke å modellere clustering fra gravitasjonslinsedata begynner han spesielt med en dynamisk - det vil si ikke konstant - hypotesen om mørk energi, og prøver å forutsi hvor mørkt materie ville klynge hvis dette var tilfelle.

Skyve grensene

Det er i prinsippet uendelige måter mørk energi kan variere i rom og tid, selv om mange teorier allerede er utelukket av eksisterende observasjoner. Dr. Corasaniti fokuserer på sine simuleringer på typer dynamisk mørk energi som presser på kantene av disse observasjonsgrensene, og baner vei for tester med fremtidige eksperimenter.

Simuleringene, som spore utviklingen av mange "N-kropps" mørke materiepartikler, krever at superdatamaskiner kjører i lange perioder, og behandler flere petabytes (tusen millioner millioner bytes) data.

"Vi har kjørt blant de største kosmologiske N-kroppssimulasjonene som ble realisert, " sa Dr. Corasaniti.

Dr. Corasanitis simuleringer forutser at måten mørk energi utvikler seg over tid, burde påvirke mørk materiellklynging. Dette til sin side endrer effektiviteten som galakser danner på måter som ikke ville være tilfelle med konstant mørk energi.

Forutsigelsene hans modeller gjør kan bli testet ved hjelp av kommende teleskoper som det store synoptiske undersøkelseskommunikasjonen i Chile og Square Kilometer Array i Australia og Sør-Afrika, samt ved satellittoppdrag som Euclid (EUropean Samarbeid for Lighthet Detection) og WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope).

"Hvis mørk energi viser seg å være et dynamisk fenomen, vil dette ha en dyp implikasjon, ikke bare på kosmologi, men på vår forståelse av grunnleggende fysikk, " sa Dr. Corasaniti.

menu
menu