Ένας νέος χάρτης της σκοτεινής ύλης στο τοπικό μας σύμπαν αποκαλύπτει πολλές προηγουμένως μη ανακαλυφθείσες νηματώδεις δομές που συνδέουν τους γαλαξίες. Ο χάρτης, που αναπτύχθηκε με τη χρήση της μηχανικής εκμάθησης από μια διεθνή ομάδα στην οποία συμμετείχε κι ένας αστροφυσικός από το Πανεπιστήμιο Penn State, θα μπορούσε να επιτρέψει μελέτες σχετικά με τη φύση της σκοτεινής ύλης καθώς και σχετικά με την ιστορία και το μέλλον του τοπικού μας σύμπαντος.
Η σκοτεινή ύλη είναι μια αδιευκρίνιστη ουσία που αποτελεί το 80% του σύμπαντος. Παρέχει επίσης τον σκελετό για αυτό που οι κοσμολόγοι αποκαλούν κοσμικό ιστό, τη μεγάλη κλίμακα δομής του σύμπαντος που, λόγω της βαρυτικής της επιρροής, υπαγορεύει την κίνηση των γαλαξιών και άλλου κοσμικού υλικού. Ωστόσο, η κατανομή της τοπικής σκοτεινής ύλης είναι προς το παρόν άγνωστη επειδή δεν μπορεί να μετρηθεί άμεσα. Οι ερευνητές πρέπει αντ 'αυτού να συμπεράνουν τη διανομή της με βάση τη βαρυτική της επίδραση σε άλλα αντικείμενα του σύμπαντος, όπως οι γαλαξίες.
"Κατά ειρωνικό τρόπο, είναι ευκολότερο να μελετήσουμε την κατανομή της σκοτεινής ύλης πολύ πιο μακριά, επειδή αντικατοπτρίζει το πολύ μακρινό παρελθόν, το οποίο είναι πολύ λιγότερο περίπλοκο", δήλωσε ο Donghui Jeong, αναπληρωτής καθηγητής αστρονομίας και αστροφυσικής στο Penn State και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.. "Με την πάροδο του χρόνου, καθώς η μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος έχει μεγαλώσει, η πολυπλοκότητα του σύμπαντος έχει αυξηθεί, οπότε είναι εγγενώς πιο δύσκολο να κάνουμε μετρήσεις για τη σκοτεινή ύλη τοπικά."
Προηγούμενες προσπάθειες χαρτογράφησης του κοσμικού ιστού ξεκίνησαν με ένα μοντέλο του πρώιμου σύμπαντος και στη συνέχεια προσομοίωσαν την εξέλιξη του μοντέλου για δισεκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει πολλή ένταση υπολογιστικά και μέχρι στιγμής δεν μπόρεσε να φέρει αρκετά λεπτομερή αποτελέσματα που να περιγράφουν το τοπικό σύμπαν. Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές υιοθέτησαν μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση, χρησιμοποιώντας τη μηχανική εκμάθηση για να δημιουργήσουν ένα μοντέλο που επεξεργάζεται πληροφορίες σχετικά με την κατανομή και την κίνηση των γαλαξιών ώστε να προβλέπει την κατανομή της σκοτεινής ύλης.
Οι ερευνητές δημιούργησαν και δοκίμασαν το μοντέλο τους χρησιμοποιώντας ένα μεγάλο σύνολο προσομοιώσεων γαλαξιών, που ονομάζεται Illustris-TNG, το οποίο περιλαμβάνει γαλαξίες, αέρια, άλλη ορατή ύλη, καθώς και σκοτεινή ύλη. Η ομάδα επέλεξε συγκεκριμένα προσομοιωμένους γαλαξίες συγκρίσιμους με αυτούς του Γαλαξία μας και εντόπισε τελικά ποιες ιδιότητες των γαλαξιών απαιτούνται για την πρόβλεψη της κατανομής της σκοτεινής ύλης.
"Όταν του δοθούν ορισμένες πληροφορίες, το μοντέλο μπορεί ουσιαστικά να καλύψει τα κενά με βάση αυτό που έχει εξετάσει στο παρελθόν", δήλωσε ο Jeong. "Ο χάρτης από τα μοντέλα μας δεν ταιριάζει απόλυτα με τα δεδομένα προσομοίωσης, αλλά μπορούμε ακόμα να ανακατασκευάσουμε πολύ λεπτομερείς δομές. Βρήκαμε ότι συμπεριλαμβανομένης της κίνησης των γαλαξιών - των ιδιαίτερων ακτινικών ταχυτήτων τους - εκτός από τη διανομή τους, βελτίωσε δραστικά την ποιότητα του χάρτη και μας επέτρεψε να δούμε αυτές τις λεπτομέρειες."
Στη συνέχεια, η ερευνητική ομάδα εφάρμοσε το μοντέλο σε πραγματικά δεδομένα από το τοπικό σύμπαν από τον κατάλογο γαλαξιών Cosmicflow-3. Ο κατάλογος περιέχει ολοκληρωμένα δεδομένα σχετικά με τη διανομή και την κίνηση περισσότερων από 17 χιλιάδων γαλαξιών κοντά στον δικό μας - εντός 200 megaparsecs. Ο χάρτης που προκύπτει από τον τοπικό κοσμικό ιστό δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο στις 26 Μαΐου στο Astrophysical Journal.
Ο χάρτης αναπαράγει διαδοχικά γνωστές εξέχουσες δομές στο τοπικό σύμπαν, συμπεριλαμβανομένου του «τοπικού φύλλου» - μια περιοχή του διαστήματος που περιέχει τον Γαλαξία, τους κοντινούς γαλαξίες στην «τοπική ομάδα» και τους γαλαξίες στο σύμπλεγμα της Παρθένου και το «τοπικό κενό» - μια σχετικά κενή περιοχή χώρου δίπλα στην τοπική ομάδα. Επιπλέον, εντόπισε αρκετές νέες δομές που απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση, συμπεριλαμβανομένων μικρότερων νηματοειδών δομών που συνδέουν γαλαξίες.
«Έχοντας έναν τοπικό χάρτη του κοσμικού ιστού ανοίγει ένα νέο κεφάλαιο κοσμολογικής μελέτης», δήλωσε ο Jeong. «Μπορούμε να μελετήσουμε πώς η κατανομή της σκοτεινής ύλης σχετίζεται με άλλα δεδομένα εκπομπών, τα οποία θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τη φύση της σκοτεινής ύλης. Και μπορούμε να μελετήσουμε αυτές τις νηματοειδείς δομές απευθείας, αυτές τις κρυφές γέφυρες μεταξύ γαλαξιών».
Για παράδειγμα, έχει προταθεί ότι ο Γαλαξίας μας κι εκείνος της ΑΝΔΡΟΜΕΔΑ μπορεί να κινούνται αργά ο ένας προς τον άλλο, αλλά αν μπορεί να συγκρουσθούν σε πολλά δισεκατομμύρια χρόνια παραμένει ασαφές. Η μελέτη των νημάτων της σκοτεινής ύλης που συνδέουν τους δύο γαλαξίες θα μπορούσε να παράσχει σημαντικές πληροφορίες για το μέλλον τους.
"Επειδή η σκοτεινή ύλη κυριαρχεί στη δυναμική του σύμπαντος, καθορίζει βασικά τη μοίρα μας", δήλωσε ο Jeong. "Μπορούμε λοιπόν να ζητήσουμε από έναν υπολογιστή να εξελίσσει τον χάρτη για δισεκατομμύρια χρόνια για να δούμε τι θα συμβεί στο τοπικό σύμπαν. Και μπορούμε να εξελίσσουμε το μοντέλο πίσω στο χρόνο για να κατανοήσουμε την ιστορία της κοσμικής μας γειτονιάς."
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι μπορούν να βελτιώσουν την ακρίβεια του χάρτη τους προσθέτοντας περισσότερους γαλαξίες. Οι προγραμματισμένες αστρονομικές έρευνες, για παράδειγμα χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Web, θα μπορούσαν να τους επιτρέψουν να προσθέσουν αμυδρούς ή μικρούς γαλαξίες που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί και γαλαξίες που βρίσκονται ακόμη πιο μακριά.
No comments:
Post a Comment