Исследователи из Университета Южной Калифорнии, UC San Diego, Карнеги-обсерватории и других научных центров разработали мощный инструмент моделирования тёмной материи. Проект COZMIC (Cosmological Zoom-in Simulations with Initial Conditions beyond Cold Dark Matter) позволяет создавать цифровые аналоги галактик, подобных Млечному Пути, с различными свойствами тёмной материи. Результаты опубликованы сразу в трёх статьях в журнале The Astrophysical Journal.
COZMIC даёт возможность впервые напрямую сравнивать, как разные гипотезы о тёмной материи сказываются на структуре галактик. Команда провела серию суперкомпьютерных симуляций, в которых были протестированы несколько нестандартных моделей: от частиц, взаимодействующих с обычной материей на ранних этапах существования Вселенной, до тёмной материи с внутренними взаимодействиями или состоящей из смешанных компонентов.
В каждой из моделей исследователи варьировали массу, скорость движения и способность частиц взаимодействовать — как между собой, так и с обычной материей. В результате удалось получить разнообразные структуры галактик и сравнить их с данными наблюдений. Особое внимание уделялось самым маломассивным галактикам — по мнению авторов, именно они чувствительнее всего к микрофизике тёмной материи и могут служить тестовой площадкой для проверки теорий.
Одна из целей проекта — преодолеть ограниченность стандартной модели, в которой тёмная материя рассматривается как холодная и инертная. По словам руководителя группы Веры Глушевич (USC), впервые стало возможно смоделировать галактики, аналогичные реальным, при кардинально разных законах физики — и сопоставить результаты с тем, что видят астрономы в телескопы.
Теперь команда планирует более точное сравнение симуляций с наблюдаемыми галактиками, чтобы найти характерные отличия и признаки конкретных моделей тёмной материи. Этот шаг может существенно приблизить физиков к разгадке природы вещества, составляющего 85% всей материи во Вселенной, и понять, как оно формирует крупномасштабную структуру космоса.