Самовзаимодействующая темная материя — это гипотетический тип темной материи, частицы которой могут сталкиваться и отскакивать друг от друга, но не взаимодействуют с обычным веществом — протонами, нейтронами и электронами. При столкновениях таких частиц энергия сохраняется, что называется упругим самовзаимодействием. Эти столкновения способны сильно влиять на форму огромных скоплений темной материи — так называемых гравитационных гало, внутри которых рождаются галактики, включая наш Млечный Путь.
«Темная материя образует относительно разреженные скопления, которые все же гораздо плотнее средней плотности Вселенной», — объясняет соавтор исследования, постдокторант Института теоретической физики «Периметр» в Канаде Джеймс Гуриан. «Млечный Путь и другие галактики обитают в этих гало темной материи».
Подобные взаимодействия запускают интересный эффект, так называемый, гравитационно-тепловой коллапс. Это ситуация, когда система, связанная гравитацией, вопреки здравому смыслу начинает нагреваться по мере потери энергии, вопреки интуиции. В результате внутренние области «гало» становятся плотнее и горячее, и часть таких областей может коллапсировать, возможно, приводя к образованию черных дыр.
До сих пор моделировать эволюцию темной материи в таких условиях было крайне сложно. Существующие подходы хорошо работали либо для слишком разреженных, либо для слишком плотных областей, но не для промежуточных вариантов — то есть, именно тех, что чаще встречаются в космосе. Новая вычислительная программа KISS‑SIDM, созданная Гурианом и его коллегой из Билефельдского университета в Германии Саймоном Мэем, позволяет изучить эту «промежуточную зону» впервые. Новый инструмент быстрее и точнее предшественников и находится в открытом доступе для специалистов.
Раньше, если вы хотели проверить разные параметры самовзаимодействующей темной материи, нужно было либо использовать упрощенную модель, либо обращаться к вычислительному кластеру. Наш код работает быстрее, и его можно запустить на обычном ноутбуке.
По словам ученых, новая модель уже показала, что самовзаимодействующая темная материя может объяснить некоторые странности, которые наблюдаются в распределении галактик и не соответствуют классическим моделям. Кроме того, она даст возможность физикам впервые проследить, как гравитационно-тепловой коллапс может привести к возникновению черных дыр — и, возможно, понять, как именно развивалась структура ранней Вселенной.
Ранее ученые обнаружили первый сигнал от темной материи: узнайте, почему он вызвал жаркие научные споры.
