Физики ускорили и повысили точность картирования тёмной материи

Ученые Института теоретической физики «Периметр» предложили инновационный подход к исследованию воздействия самодействующей тёмной материи (SIDM) на формирование и эволюцию космических структур.

Хотя тёмная материя, формирующая значительную часть массы Вселенной, не взаимодействует с обычным веществом, её частицы могут вступать во взаимные столкновения и отталкиваться друг от друга, сохраняя энергию. Эти взаимодействия изменяют конфигурацию тёмноматериальных гало, в которых располагаются галактики, такие как Млечный Путь.

«Сама по себе тёмная материя образует сравнительно рыхлые сгустки, однако они гораздо плотнее средних значений по Вселенной», — поясняет Джеймс Гуриан, соавтор исследования.

Взаимодействия SIDM приводят к так называемому гравитермальному коллапсу в гало тёмной материи — явлению, противоречащему привычной логике: при утечке энергии гравитационно связанная система не остывает, а наоборот разогревается. «Самодействующая тёмная материя эффективно переносит энергию из центра к периферии гало, — добавляет Гуриан. — В итоге ядро гало становится горячим и уплотнённым, поскольку энергия стремится наружу».

Численное моделирование структур SIDM представляет серьёзную задачу: существующие методы работают корректно либо в условиях низкой плотности (N-body симуляции), либо при её высоких значениях (гидродинамическое моделирование). Для промежуточных диапазонов плотности эффективного инструмента до сих пор не было.

Новый код KISS-SIDM (Kinetic Spherically Symmetric SIDM) закрывает этот пробел, предлагая более быстрые и точные расчёты. Он открыт для всех исследователей и позволяет избежать затратных запусков на вычислительных кластерах.

«Раньше проверка разных параметров самодействующей тёмной материи требовала либо упрощённых гидродинамических моделей, либо доступа к мощным кластерам, что было весьма ресурсоёмко. KISS-SIDM же работает значительно быстрее и даже на обычном ноутбуке», — отмечает Гуриан.

Благодаря этому инструменту можно глубже проанализировать влияние взаимодействующей тёмной материи на строение Вселенной. По словам Нила Далала из Института «Периметр», результаты Гуриана и Мэя открывают ранее недоступные горизонты для исследований, в том числе способствуют пониманию механизмов гравитермального коллапса и формирования чёрных дыр.

Источник: iXBT