Новая карта темной материи в локальной вселенной показывает несколько ранее не обнаруженных нитевидных структур, соединяющих галактики.
Карта, разработанная с использованием машинного обучения международной командой, в которую входит астрофизик из Пенсильванского университета, может позволить изучить природу темной материи, а также историю и будущее нашей локальной вселенной.
Темная материя — неуловимая субстанция, составляющая 80% Вселенной. Он также представляет собой каркас того, что космологи называют космической паутиной, крупномасштабной структуры Вселенной, которая из-за своего гравитационного воздействия определяет движение галактик и другого космического материала. Однако распределение локальной темной материи в настоящее время неизвестно, поскольку его нельзя измерить напрямую. Вместо этого исследователи должны сделать вывод о его распределении, основываясь на его гравитационном влиянии на другие объекты во Вселенной, такие как галактики.
Предыдущие попытки составить карту космической паутины начинались с модели ранней Вселенной, а затем моделировались ее эволюция на протяжении миллиардов лет. Однако этот метод требует больших вычислительных ресурсов и пока не может дать достаточно подробных результатов, чтобы увидеть локальную вселенную. В новом исследовании исследователи использовали совершенно другой подход, используя машинное обучение для построения модели, которая использует информацию о распределении и движении галактик для прогнозирования распределения темной материи.
Исследователи построили и обучили свою модель, используя большой набор симуляций галактик под названием Illustris-TNG, который включает галактики, газы, другую видимую материю, а также темную материю. Команда специально отобрала смоделированные галактики, сопоставимые с галактиками в Млечном Пути, и в конечном итоге определила, какие свойства галактик необходимы для предсказания распределения темной материи.
«Получив определенную информацию, модель может по существу заполнить пробелы на основе того, на что она смотрела раньше», — сказал Чон. «Карта из наших моделей не идеально соответствует данным моделирования, но мы все еще можем реконструировать очень подробные структуры. Мы обнаружили, что учет движения галактик — их лучевых пекулярных скоростей — в дополнение к их распределению резко повысил качество карты и позволил нам увидеть эти детали».
Затем исследовательская группа применила свою модель к реальным данным из локальной вселенной из каталога галактик Cosmicflow-3. Каталог содержит исчерпывающие данные о распределении и движении более 17 тысяч галактик в окрестностях Млечного Пути — в пределах 200 мегапарсеков. Полученная карта локальной космической паутины опубликована в статье, опубликованной 26 мая 2021 года в Astrophysical Journal.