Совпадает ли вращение гало темной материи со вращением галактики, вокруг которой оно расположено? И что это может сказать нам о ранней Вселенной? Гидродинамическое моделирование галактик в ранней Вселенной может помочь нам ответить на эти вопросы.
Темная материя больше не вызывает сомнений
Хотя область темной материи в настоящее время очень обширна и интересна, астрономы не знали о ее существовании до 1980-х годов. Сегодня темную материю можно использовать для изучения всего, от силы гравитации до структуры и эволюции галактик . Изучение темной материи также имеет значение для космологии и может помочь нам лучше понять начальные условия Вселенной. В частности, сопоставление вращения галактики с ее ореолами темной материи может помочь вычислить уравнение состояния темной материи (которое может сказать нам о массе галактики и помочь предсказать ее динамику).
В поисках темной материи
Есть два основных вопроса: во-первых, насколько хорошо наблюдаемы спины галактики совпадают со спинами их ореолов темной материи, которые невозможно измерить? Исследования по этому вопросу с использованием численного моделирования показали, что галактики и окружающие их ореолы темной материи могут сильно расходиться. Второй, потенциально важный вопрос: что означает этот сдвиг — если спины не выровнены, означает ли это, что движения звезд в галактике отделены от изменений гравитационного поля фона? Если это так, это означает, что мы больше не можем использовать выравнивание вращения видимой материи для изучения космологического фона. Команда во главе с Джонхуном Ли из Сеульского национального университета пытается ответить на последний вопрос, используя гидродинамическое моделирование для изучения различных сценариев.
Иллюстрация того, что происходит внутри галактик
Команда использовала пакет моделирования IllustrisTNG для моделирования динамики галактики. Программное обеспечение учитывает все, от скорости звездообразования в галактике до обратной связи со сверхновыми и ростом черной дыры , чтобы моделировать вовлеченные физические процессы. Когда Вселенной было около 9 миллиардов лет, вдоль нитей возникали светящаяся материя и различные формы межзвездной обратной связи, такие как сверхновые звезды.в космической решетке, которая соединяла спины галактик и гало темной материи, позволяя ученым изучать раннюю космологию. Однако когда Вселенной было около 5 миллиардов лет, эти волокна еще не сформировались, а плотность материи была довольно однородной, поэтому эти материальные процессы происходили случайным образом и не имели структуры, которую можно было бы подражать. Это привело к отключению вращения галактики и вращения гало темной материи.
Ли и его коллеги также обнаружили, что такие свойства, как отношение массы черной дыры к массе звезды, удельный фактор звездообразования (скорость звездообразования на единицу массы звезды) и средняя металличность коррелируют или антикоррелируют с углом между спинами звездные галактики и темная материя.
Будущая работа будет заключаться в том, чтобы найти прямые доказательства разъединения спинов галактики и сценария гало темной материи в начале истории Вселенной, смоделировать их и изучить их связь с начальными условиями Вселенной.