Согласно популярной теории большая часть материи во Вселенной относится к темной и полностью отличается по природе от материи, из которой состоят звезды, планеты и люди. Галактики образуются и растут, когда газ охлаждается и конденсируется в центре огромных сгустков этой темной материи, так называемых гало темной материи.
Международная исследовательская группа во главе с профессором Ван Цзе из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук (NAOC) использовала суперкомпьютеры в Китае и Европе, чтобы детально рассмотреть типовой регион виртуальной вселенной. Силу использованного увеличения можно сравнить с тем, как вы увеличиваете изображение Луны, чтобы увидеть на ее поверхности блоху. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature.
Самые большие ореолы темной материи в современной Вселенной содержат скопления из сотен ярких галактик. Свойства таких скоплений, которые весят в квадриллион (миллион миллиардов) раз больше, чем наше Солнце, хорошо изучены.
С другой стороны, неизвестны массы мельчайших ореолов темной материи. Согласно популярным в настоящее время теориям, предполагается, что они равны массе Земли.
Таких маленьких ореолов должно быть невероятно много, и они должны составлять значительную долю всей темной материи во Вселенной. Однако они будут оставаться темными на протяжении всей космической истории, потому что звезды и галактики растут только в гало, более чем в миллион раз тяжелее Солнца.
Группе исследователей из Национальной обсерватории Китайской академии наук, Даремского университета в Великобритании, Института астрофизики Макса Планка в Германии и Центра астрофизики в США потребовалось пять лет на разработку, тестирование и реализацию их эксперименту по увеличению глубин космоса.
Это позволило им изучить структуру гало темной материи всех масс между земным и большим скоплением галактик. В числовом выражении зум охватывает диапазон масс от 10 до 30 (то есть единицы, за которой следуют 30 нулей), что эквивалентно количеству килограмм в Солнце.
Увеличив виртуальную вселенную с такими микроскопическими деталями, исследователи смогли изучить структуру ореолов темной материи, масса которых варьируется от Земли до большого скопления галактик.
Профессор Ван, один из ведущих авторов исследования сказал:
Удивительно, но мы обнаружили, что ореолы всех размеров имеют очень похожую внутреннюю структуру, то есть они чрезвычайно плотны в центре, становятся все более распространенными и имеют более мелкие сгустки, вращающиеся по орбите во внешних областях. Без шкалы измерения было почти невозможно отличить изображение гало темной материи массивной галактики от гало, масса которого составляет долю Солнца.
Частицы темной материи могут сталкиваться вблизи центров ореолов и, согласно некоторым теориям, самоуничтожаться в результате всплеска энергетического (гамма) излучения.
Большая часть этого излучения будет испускаться ореолами темной материи, слишком маленькими для того, чтобы содержать звезды, и будущие обсерватории гамма-излучения могли бы обнаруживать эти излучения, делая эти маленькие объекты индивидуально или коллективно «видимыми».
По словам одного из исследователей проделанная работа проливает свет на эти маленькие ореолы, что важно для формирования нашего понимания о том, что такое темная материя, и какую роль она играет в эволюции Вселенной.
