Tín dụng hình ảnh: Berkeley
Vật chất tối là một vầng hào quang vô hình của vật chất dường như bao quanh mọi thiên hà. Cho đến nay, các nhà thiên văn học tin rằng vật chất tối có thể tạo thành một màn sương thậm chí là các hạt trong không gian, nhưng các nhà nghiên cứu từ UC Berkeley và MIT đã tạo ra một mô phỏng trên máy tính về việc vật chất tối có thể kết tụ thành những khối vật chất lớn hơn như thế nào.
Đại học California, Berkeley, bao gồm một phần tư vũ trụ vẫn chưa bị phát hiện, không phải là sương mù vũ trụ thống nhất, theo Đại học California, Berkeley, nhà vật lý thiên văn, nhưng thay vào đó tạo thành những khối dày đặc di chuyển như những hạt bụi nhảy múa trong một trục của ánh sáng.
Trong một bài báo nộp vào tuần này cho Tạp chí Vật lý D, Chung-Pei Ma, phó giáo sư thiên văn học tại UC Berkeley, và Edmund Bertschinger của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), chứng minh rằng chuyển động của các khối vật chất tối có thể được mô hình hóa trong một cách tương tự như chuyển động Brown của bụi hoặc phấn hoa.
Phát hiện của họ sẽ cung cấp cho các nhà vật lý thiên văn một cách mới để tính toán sự tiến hóa của vũ trụ ma quỷ vật chất tối này và dung hòa nó với vũ trụ quan sát được, Ma nói.
Vật chất tối đã là một vấn đề dai dẳng đối với thiên văn học trong hơn 30 năm. Các ngôi sao trong các thiên hà và các thiên hà trong các cụm di chuyển theo cách chỉ ra rằng có nhiều vấn đề hơn chúng ta có thể thấy. Vật chất vô hình này dường như nằm trong một quầng hình cầu có thể kéo dài hơn 10 lần so với quầng sao có thể nhìn thấy xung quanh các thiên hà. Những đề xuất ban đầu rằng vật chất vô hình bao gồm các ngôi sao bị đốt cháy hoặc neutrino nặng chưa được loại bỏ, và các ứng cử viên yêu thích hiện tại là các hạt kỳ lạ được gọi là neutrilino, axion hoặc các hạt siêu đối xứng giả thuyết khác. Bởi vì các hạt kỳ lạ này chỉ tương tác với vật chất thông qua trọng lực, không qua sóng điện từ, chúng không phát ra ánh sáng.
Cấm chúng tôi chỉ nhìn thấy một nửa số hạt. Hiện tại họ rất nặng để sản xuất máy gia tốc, nên một nửa thế giới chúng ta không biết về.
Bức tranh chỉ trở nên tồi tệ hơn bốn năm trước khi mà năng lượng tối của Hồi giáo được tìm thấy thậm chí còn thịnh hành hơn cả vật chất tối. Tài khoản vũ trụ hiện nắm giữ năng lượng tối ở khoảng 69% vũ trụ, vật chất tối kỳ lạ ở mức 27%, vật chất tối trần tục - những ngôi sao mờ, không nhìn thấy - ở mức 3% và những gì chúng ta thực sự nhìn thấy chỉ ở mức 1%.
Dựa trên các mô hình máy tính về việc vật chất tối sẽ di chuyển như thế nào dưới lực hấp dẫn, Ma nói rằng vật chất tối không phải là một cụm sương mù bao phủ các cụm thiên hà. Thay vào đó, vật chất tối hình thành các cụm nhỏ hơn trông bề ngoài giống như các thiên hà và cụm sao cầu mà chúng ta nhìn thấy trong vũ trụ phát sáng của chúng ta. Vật chất tối có một cuộc sống năng động độc lập với vật chất phát sáng, cô nói.
Nền vi sóng vũ trụ cho thấy những tác động ban đầu của sự đóng cục của vật chất tối và những khối này phát triển dưới lực hấp dẫn, cô nói. Tuy nhiên, mỗi cụm này, quầng sáng xung quanh cụm thiên hà, được cho là trơn tru. Mọi người đã tò mò thấy rằng các mô phỏng độ phân giải cao cho thấy chúng không trơn tru, mà thay vào đó có các cấu trúc phức tạp. Thế giới đen tối có một cuộc sống năng động của riêng mình.
Sinh viên tốt nghiệp Ma, Bertschinger và UC Berkeley Michael Boylan-Kolchin đã tự mình thực hiện một số mô phỏng này. Một số nhóm khác trong hai năm qua cũng cho thấy sự đóng cục tương tự.
Vũ trụ ma của vật chất tối là khuôn mẫu cho vũ trụ hữu hình, cô nói. Vật chất tối phong phú gấp 25 lần so với vật chất đơn thuần, vì vậy vật chất nhìn thấy nên co cụm ở bất cứ nơi nào vật chất tối.
Trong đó có vấn đề, Ma nói. Các mô phỏng trên máy tính về sự tiến hóa của vật chất tối dự đoán sẽ có nhiều khối vật chất tối hơn trong một khu vực so với các khối vật chất phát sáng mà chúng ta có thể thấy. Nếu vật chất phát sáng theo sau vật chất tối, thì nên có số lượng gần như tương đương nhau.
Thiên hà của chúng ta, Dải Ngân hà, có khoảng một tá vệ tinh, nhưng trong các mô phỏng, chúng ta thấy hàng ngàn vệ tinh của vật chất tối, cô nói. Vật chất tối trong dải ngân hà là một môi trường năng động, sống động, trong đó hàng ngàn vệ tinh nhỏ hơn của các khối vật chất tối đang tràn ngập quanh quầng sáng vật chất lớn của cha mẹ, liên tục tương tác và làm phiền nhau.
Ngoài ra, các nhà vật lý thiên văn mô hình hóa chuyển động của vật chất tối rất bối rối khi thấy rằng mỗi cụm có mật độ cực đại ở trung tâm và rơi xuống các cạnh theo cùng một cách, không phụ thuộc vào kích thước của nó. Tuy nhiên, hồ sơ mật độ phổ quát này dường như mâu thuẫn với các quan sát về một số thiên hà lùn do đồng nghiệp của Ma kiếm, giáo sư thiên văn học UC Berkeley Leo Blitz, và nhóm nghiên cứu của ông, trong số những người khác.
Ma hy vọng rằng một cách nhìn mới về chuyển động của vật chất tối sẽ giải quyết những vấn đề này và lý thuyết vuông bằng quan sát. Trong bài báo Đánh giá vật lý của mình, được thảo luận tại một cuộc họp đầu năm nay của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ, cô đã chứng minh rằng chuyển động của vật chất tối có thể được mô phỏng giống như chuyển động Brown mà nhà thực vật học Robert Brown mô tả năm 1828 và Albert Einstein đã giải thích vào năm 1905 bài báo đã giúp ông giành được giải thưởng Nobel Vật lý năm 1921.
Chuyển động Brown được mô tả đầu tiên là con đường ngoằn ngoèo di chuyển bằng một hạt phấn trôi nổi trong nước, bị đẩy bởi các phân tử nước va chạm với nó. Hiện tượng này đề cập đến sự chuyển động của bụi trong không khí và các khối vật chất tối dày đặc trong vũ trụ vật chất tối, Ma nói.
Cái nhìn sâu sắc này cho phép chúng tôi sử dụng một ngôn ngữ khác, một quan điểm khác với quan điểm tiêu chuẩn, để điều tra sự chuyển động và tiến hóa của vật chất tối, cô nói.
Các nhà thiên văn học khác, chẳng hạn như giáo sư thiên văn học của UC Berkeley, Ivan King, đã sử dụng lý thuyết về chuyển động Brown để mô hình hóa chuyển động của hàng trăm ngàn ngôi sao trong các cụm sao, nhưng điều này, Ma nói, lần đầu tiên nó được áp dụng nghiêm ngặt đến quy mô vũ trụ lớn. Ý tưởng là chúng tôi không quan tâm chính xác vị trí của các cụm, nhưng thay vào đó, cách các cụm hoạt động theo thống kê trong hệ thống, cách chúng phân tán trọng lực.
Ma lưu ý rằng chuyển động của các cụm Brown được điều chỉnh bởi một phương trình, phương trình Fokker - Planck, được sử dụng để mô hình hóa nhiều quá trình ngẫu nhiên hoặc ngẫu nhiên, bao gồm cả thị trường chứng khoán. Ma và cộng tác viên hiện đang nghiên cứu giải phương trình này cho vật chất tối vũ trụ.
Thật đáng ngạc nhiên và thú vị khi sự tiến hóa của vật chất tối, sự tiến hóa của các cụm, tuân theo một phương trình đơn giản, 90 năm tuổi, cô nói.
Công trình được hỗ trợ bởi Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia.
Nguồn gốc: UC Berkeley
