Карта темной материи показывает скрытые мосты между галактиками

Новая карта темной материи в локальной вселенной показывает несколько ранее не обнаруженных нитевидных структур, соединяющих галактики. Карта, разработанная с помощью машинного обучения международной командой, в которую входит астрофизик из Пенсильванского университета, может позволить изучить природу темной материи, а также историю и будущее нашей локальной вселенной.

Темная материя — неуловимая субстанция, составляющая 80% Вселенной. Он также представляет собой каркас того, что космологи называют космической паутиной, крупномасштабной структуры Вселенной, которая из-за своего гравитационного воздействия определяет движение галактик и другого космического материала. Однако распределение локальной темной материи в настоящее время неизвестно, поскольку его нельзя измерить напрямую. Вместо этого исследователи должны сделать вывод о его распределении, основываясь на его гравитационном влиянии на другие объекты во Вселенной, такие как галактики.

«По иронии судьбы, гораздо дальше изучать распределение темной материи, потому что она отражает очень далекое прошлое, которое намного менее сложно», — сказал Донгхуэй Чжон, доцент астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете и автор исследования. . «Со временем, по мере того, как крупномасштабная структура Вселенной выросла, сложность Вселенной увеличилась, поэтому по своей природе становится труднее проводить измерения темной материи локально».

Предыдущие попытки составить карту космической паутины начинались с модели ранней Вселенной, а затем моделировались ее эволюция на протяжении миллиардов лет. Однако этот метод требует больших вычислительных ресурсов и пока не может дать достаточно подробных результатов, чтобы увидеть локальную вселенную. В новом исследовании исследователи использовали совершенно другой подход, используя машинное обучение для построения модели, которая использует информацию о распределении и движении галактик для прогнозирования распределения темной материи.

Исследователи построили и обучили свою модель, используя большой набор симуляций галактик под названием Illustris-TNG, который включает галактики, газы, другую видимую материю, а также темную материю. Команда специально отобрала смоделированные галактики, сопоставимые с галактиками в Млечном Пути, и в конечном итоге определила, какие свойства галактик необходимы для предсказания распределения темной материи.

«Получив определенную информацию, модель может по существу заполнить пробелы на основе того, на что она смотрела раньше», — сказал Чон. «Карта из наших моделей не идеально соответствует данным моделирования, но мы все еще можем реконструировать очень подробные структуры. Мы обнаружили, что включение движения галактик — их лучевых пекулярных скоростей — в дополнение к их распределению значительно улучшило качество карту и позволили нам увидеть эти детали ».

Затем исследовательская группа применила свою модель к реальным данным из локальной вселенной из каталога галактик Cosmicflow-3. Каталог содержит исчерпывающие данные о распределении и движении более 17 тысяч галактик в окрестностях Млечного Пути — в пределах 200 мегапарсек. Полученная карта локальной космической паутины опубликована в статье, появившейся в Интернете 26 мая в Астрофизический журнал.

На карте последовательно воспроизводились известные видные структуры в локальной вселенной, включая «локальный лист» — область пространства, содержащую Млечный Путь, близлежащие галактики в «локальной группе» и галактики в скоплении Девы, а также «локальный слой». void »- относительно пустая область пространства рядом с локальной группой. Кроме того, он выявил несколько новых структур, требующих дальнейшего изучения, в том числе меньшие нитевидные структуры, соединяющие 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 излучении, что поможет нам понять природу темной материи. И мы можем непосредственно изучать эти нитевидные структуры, эти скрытые мосты между галактиками».