Учёные из Института теоретической физики «Периметр» (Perimeter Institute) в Торонто (Канада) разработали новый метод, позволяющий изучать влияние самодействующей тёмной материи (SIDM) на эволюцию космических структур.
Тёмная материя, составляющая значительную часть массы Вселенной, не взаимодействует с обычным веществом, но может взаимодействовать сама с собой. Частицы SIDM сталкиваются и отталкиваются друг от друга, сохраняя энергию. Эти столкновения влияют на структуру гало тёмной материи, в которых находятся галактики, такие как Млечный Путь.
«Тёмная материя образует относительно рыхлые сгустки, которые всё ещё намного плотнее средней плотности Вселенной», – объясняет Джеймс Гуриан, один из авторов исследования.
Взаимодействие частиц SIDM приводит к так называемому гравитермальному коллапсу в гало тёмной материи. Этот процесс, на первый взгляд, противоречит интуиции: когда энергия удаляется из гравитационно-связанной системы, она не охлаждается, а нагревается. «Самодействующая тёмная материя переносит энергию, и она имеет тенденцию переносить энергию наружу в этих гало, – говорит Гуриан. – Это приводит к тому, что внутренняя часть ядра становится горячей и плотной, поскольку энергия переносится наружу».
Моделирование структур, образующихся в результате взаимодействия SIDM, – сложная задача. Существующие методы хорошо работают либо при низкой плотности тёмной материи (N-body моделирование), либо при высокой плотности (гидродинамический подход). Однако для промежуточных значений плотности эффективного метода до сих пор не существовало. Новый код KISS-SIDM (Kinetic Spherically Symmetric SIDM) заполняет этот пробел.
KISS-SIDM быстрее и точнее предыдущих аналогов и доступен для использования другими учёными.
«Раньше, чтобы проверить различные параметры для самодействующей тёмной материи, нужно было либо использовать упрощённую гидродинамическую модель, либо обращаться к кластеру, что вычислительно дорого. Этот код быстрее, и его можно запустить на ноутбуке», – отмечает Гуриан.
Разработка нового кода позволит более детально изучить влияние взаимодействующей тёмной материи на формирование космических структур. По словам Нила Далала, сотрудника Института «Периметр», работа Гуриана и Мэя открывает возможности для широкого спектра исследований, которые ранее были невозможны. В частности, понимание процесса гравитермального коллапса может пролить свет на механизм образования чёрных дыр.