เครดิตภาพ: เบิร์กลีย์
สสารมืดเป็นรัศมีที่มองไม่เห็นของวัสดุซึ่งดูเหมือนจะล้อมรอบกาแลคซีทุกแห่ง จนถึงปัจจุบันนักดาราศาสตร์เชื่อว่าสสารมืดอาจก่อตัวเป็นละอองของอนุภาคในอวกาศ แต่นักวิจัยจาก UC Berkeley และ MIT ได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ว่าสสารมืดอาจรวมตัวกันเป็นชิ้นส่วนของวัตถุขนาดใหญ่ได้อย่างไร
“ สสารมืด” ที่ประกอบไปด้วยหนึ่งในสี่ของเอกภพที่ยังไม่ถูกตรวจพบนั้นไม่ใช่หมอกจักรวาลที่เป็นเอกภาพมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์กล่าว แต่ก่อตัวเป็นกลุ่มหนาแน่นที่เคลื่อนไหวคล้ายกับฝุ่นละอองที่กำลังเต้นรำอยู่ในเพลา เบา.
ในบทความที่ส่งไปให้ทบทวนทางกายภาพ D, Chung-Pei Ma, รองศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่ UC Berkeley และ Edmund Bertschinger จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) พิสูจน์ให้เห็นว่าการเคลื่อนที่ของก้อนสสารมืดนั้นสามารถจำลองได้ใน วิธีที่คล้ายกับการเคลื่อนไหว Brownian ของฝุ่นหรือละอองเกสรดอกไม้ในอากาศ
การค้นพบของพวกเขาควรให้วิธีการใหม่แก่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในการคำนวณวิวัฒนาการของเอกภพแห่งสสารมืดแห่งสสารและคืนดีกับเอกภพที่สังเกตได้
สสารมืดเป็นปัญหาที่ดุด่าสำหรับดาราศาสตร์มานานกว่า 30 ปี ดาวในกาแลคซีและกาแลกซี่ภายในกระจุกดาวนั้นเคลื่อนที่ในลักษณะที่บ่งบอกว่ามันมีสสารมากกว่าที่เราเห็น สสารที่มองไม่เห็นนี้ดูเหมือนว่าจะอยู่ในรัศมีทรงกลมซึ่งอาจขยายได้ไกลกว่ารัศมีดาราฤกษ์ที่มองเห็นรอบกาแลคซีถึง 10 เท่า ข้อเสนอก่อนหน้านี้ว่าสสารที่มองไม่เห็นนั้นประกอบด้วยดาวที่ถูกเผาไหม้หรือนิวตริโนหนักที่ยังไม่ถูกตรวจจับและผู้ที่ชื่นชอบในปัจจุบันคืออนุภาคแปลกใหม่ที่เรียกว่านิวริลลิโน่ เนื่องจากอนุภาคแปลกใหม่เหล่านี้โต้ตอบกับสสารทั่วไปผ่านแรงโน้มถ่วงเท่านั้นไม่ใช่ผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพวกมันจึงไม่มีแสง
“ เราเห็นเพียงครึ่งหนึ่งของอนุภาคทั้งหมด” Ma กล่าว “ พวกมันหนักเกินไปที่จะผลิตในตัวเร่งความเร็วดังนั้นครึ่งหนึ่งของโลกที่เราไม่รู้จัก”
ภาพนั้นแย่ลงเมื่อสี่ปีก่อนเมื่อพบว่า "พลังงานมืด" แพร่หลายกว่าสสารมืด ขณะนี้บัญชีจักรวาลตรึงพลังงานความมืดที่ 69% ของจักรวาลสสารมืดแปลกใหม่ที่ 27 เปอร์เซ็นต์สสารมืดทางโลก - สลัวดาวที่มองไม่เห็น - 3 เปอร์เซ็นต์และสิ่งที่เราเห็นจริง ๆ เพียง 1 เปอร์เซ็นต์
จากแบบจำลองคอมพิวเตอร์ว่าสสารมืดจะเคลื่อนที่อย่างไรภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกหม่ากล่าวว่าสสารมืดนั้นไม่ใช่กลุ่มหมอกที่ปกคลุมด้วยกาแล็กซี สสารมืดเป็นกลุ่มก้อนเล็ก ๆ ที่ดูเหมือนผิวเผินเหมือนกาแลคซีและกระจุกดาวทรงกลมที่เราเห็นในจักรวาลที่ส่องสว่างของเรา สสารมืดนั้นมีชีวิตแบบไดนามิกที่เป็นอิสระจากสสารที่ส่องสว่างเธอกล่าว
“ พื้นหลังไมโครเวฟในอวกาศแสดงให้เห็นถึงผลกระทบระยะแรกของการจับก้อนสสารมืดและกลุ่มเหล่านี้จะเติบโตภายใต้แรงดึงดูด” เธอกล่าว “ แต่กระจุกแต่ละแห่งเหล่านี้รัศมีรอบ ๆ กาแลคซีกระจุกคิดว่าราบรื่น ผู้คนต่างรู้สึกทึ่งที่พบว่าการจำลองความละเอียดสูงแสดงให้เห็นว่าพวกมันไม่ราบรื่น แต่มีโครงสร้างที่สลับซับซ้อนแทน โลกมืดมีชีวิตแบบไดนามิกของตัวเอง”
Ma, Bertschinger และ UC Berkeley นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Michael Boylan-Kolchin ทำการจำลองสถานการณ์เหล่านี้ด้วยตัวเอง กลุ่มอื่น ๆ ในช่วงสองปีที่ผ่านมาก็แสดงอาการคล้ายกัน
เธอกล่าวว่าจักรวาลผีของสสารมืดเป็นแม่แบบของเอกภพที่มองเห็นได้ สสารมืดนั้นมีความอุดมสมบูรณ์มากกว่าสสารที่มองเห็น 25 เท่าดังนั้นสสารที่มองเห็นได้ควรรวมกลุ่มทุกที่ที่สสารมืด
ปัญหาอยู่ที่นั้นแม่พูดว่า การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เกี่ยวกับวิวัฒนาการของสสารมืดทำนายกลุ่มของสสารมืดในภูมิภาคมากกว่าที่มีสสารเรืองแสงที่เราสามารถมองเห็นได้ หากสสารเรืองแสงติดตามสสารมืดควรมีจำนวนเกือบเท่ากัน
“ กาแลคซีทางช้างเผือกของเรามีดาวเทียมประมาณหนึ่งโหล แต่ในการจำลองเราเห็นดาวเทียมสสารมืดนับพันดวง” เธอกล่าว “ สสารมืดในทางช้างเผือกเป็นสภาพแวดล้อมที่มีชีวิตชีวาและมีชีวิตชีวาซึ่งดาวเทียมขนาดเล็กจำนวนนับพันก้อนของสสารมืดนั้นจับกลุ่มกันรอบ ๆ สสารมืดของพ่อแม่ตัวใหญ่ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์และรบกวนซึ่งกันและกันอย่างต่อเนื่อง”
นอกจากนี้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สร้างแบบจำลองการเคลื่อนที่ของสสารมืดถูกทำให้งงเพื่อดูว่าแต่ละกลุ่มมีความหนาแน่นที่แหลมตรงกลางและตกลงไปที่ขอบในลักษณะเดียวกันโดยไม่ขึ้นกับขนาดของมัน อย่างไรก็ตามโปรไฟล์ความหนาแน่นสากลนี้ดูเหมือนจะขัดแย้งกับการสำรวจกาแลคซีแคระบางแห่งที่ทำโดยเพื่อนร่วมงานของ Ma, UC Berkeley ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ Leo Blitz และกลุ่มวิจัยของเขา
แม่หวังว่าวิธีใหม่ในการดูการเคลื่อนที่ของสสารมืดจะช่วยแก้ปัญหาเหล่านี้และทฤษฎีกำลังสองโดยการสังเกต ในบทความทบทวนทางกายภาพของเธอซึ่งกล่าวถึงในที่ประชุมก่อนหน้านี้ของ American Physical Society เธอพิสูจน์ว่าการเคลื่อนที่ของสสารมืดสามารถสร้างแบบจำลองได้เหมือนกับการเคลื่อนไหว Brownian ที่นักพฤกษศาสตร์ Robert Brown อธิบายในปี 1828 และ Albert Einstein อธิบายใน seminal 1905 กระดาษที่ช่วยให้เขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 1921 ในสาขาฟิสิกส์
การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนถูกอธิบายเป็นครั้งแรกเมื่อเส้นทางซิกแซกเดินทางโดยละอองเกสรที่ลอยอยู่ในน้ำผลักโดยโมเลกุลของน้ำชนกับมัน ปรากฏการณ์นี้อ้างถึงการเคลื่อนที่ของฝุ่นละอองในอากาศและกอสสารหนาแน่นในเอกภพสสารมืดกล่าว
ข้อมูลเชิงลึกนี้“ ให้เราใช้ภาษาที่แตกต่างมุมมองที่แตกต่างจากมุมมองมาตรฐาน” เพื่อตรวจสอบการเคลื่อนไหวและวิวัฒนาการของสสารมืด
นักดาราศาสตร์คนอื่น ๆ เช่นศาสตราจารย์ UC Berkeley ตำแหน่งศาสตราจารย์ดาราศาสตร์ Ivan King ได้ใช้ทฤษฎีการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนเพื่อจำลองการเคลื่อนที่ของดาวนับแสนในกลุ่มกระจุกดาว แต่นี่เป็นครั้งแรกที่มันถูกนำไปใช้ เครื่องชั่งขนาดใหญ่ถึงดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ แนวคิดก็คือเราไม่สนใจว่ากออยู่ที่ไหน แต่เป็นอย่างไรว่ากอมีพฤติกรรมในเชิงสถิติในระบบอย่างไรพวกมันกระจัดกระจายไปตามแรงโน้มถ่วง "
แม่ตั้งข้อสังเกตว่าการเคลื่อนไหวของกลุ่มบราวน์ถูกควบคุมโดยสมการคือสมการฟอกเกอร์ - พลังค์ที่ใช้ในการจำลองกระบวนการสุ่มหรือสุ่มจำนวนมากรวมถึงตลาดหุ้น แม่และผู้ทำงานร่วมกันกำลังแก้ไขสมการนี้สำหรับสสารมืดทางดาราศาสตร์
“ เป็นเรื่องน่าประหลาดใจและน่ายินดีที่วิวัฒนาการของสสารมืดวิวัฒนาการของกอเชื่อฟังสมการที่ง่าย 90 ปี” เธอกล่าว
งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดยวิชาการการบินและอวกาศแห่งชาติ
แหล่งต้นฉบับ: UC Berkeley
