Карта темной материи выявила скрытые мосты между галактиками

Новая карта темной материи показывает несколько ранее не обнаруженных нитевидных структур, соединяющих галактики. Карта, разработанная с помощью машинного обучения международной командой, включая астрофизика из штата Пенсильвания, может позволить провести исследования о природе темной материи, а также об истории и будущем нашей локальной Вселенной.

Темная материя - это неуловимая субстанция, составляющая 80% Вселенной. Она также является основой того, что космологи называют космической паутиной - крупномасштабной структуры Вселенной, которая, благодаря своему гравитационному влиянию, диктует движение галактик и другого космического материала. Однако распределение местной темной материи в настоящее время неизвестно, поскольку ее нельзя измерить напрямую. Исследователям приходится делать выводы о ее распределении на основе ее гравитационного влияния на другие объекты во Вселенной, такие как галактики. 

"По иронии судьбы, распределение темной материи легче изучать на больших расстояниях, потому что оно отражает очень далекое прошлое, которое гораздо менее сложное", - говорит Донхуи Чон, доцент кафедры астрономии и астрофизики Пенсильванского университета и один из авторов исследования. "Со временем, по мере роста крупномасштабной структуры Вселенной, сложность Вселенной увеличивалась, поэтому проводить измерения темной материи на местном уровне стало сложнее".

Предыдущие попытки составить карту космической паутины начинались с модели ранней Вселенной, а затем имитировали эволюцию модели в течение миллиардов лет. Однако этот метод требует больших вычислительных затрат и до сих пор не позволял получить достаточно подробные результаты, чтобы увидеть локальную Вселенную. В новом исследовании ученые применили совершенно иной подход, используя машинное обучение для построения модели, которая использует информацию о распределении и движении галактик для предсказания распределения темной материи.

Исследователи построили и обучили свою модель, используя большой набор симуляций галактик, названный Illustris-TNG, который включает в себя галактики, газы, другую видимую материю, а также темную материю. Команда специально отобрала смоделированные галактики, сравнимые с галактиками Млечного Пути, и в итоге определила, какие свойства галактик необходимы для предсказания распределения темной материи.

"Получив определенную информацию, модель может заполнить пробелы, основываясь на том, что она уже рассматривала ранее", - говорит Чон. "Карта, полученная с помощью наших моделей, не идеально соответствует данным моделирования, но мы все равно можем восстановить очень подробные структуры. Мы обнаружили, что включение движения галактик - их радиальных скоростей - в дополнение к их распределению резко повысило качество карты и позволило нам увидеть эти детали".

Затем исследовательская группа применила свою модель к реальным данным местной 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 мегапарсек. Полученная карта местной космической паутины опубликована в статье, появившейся в Интернете 26 мая в журнале Astrophysical Journal.

Карта последовательно воспроизводит известные структуры в местной Вселенной, включая область пространства, содержащую Млечный Путь, близлежащие галактики в "локальной группе" и галактики в скоплении Девы, и "локальную пустоту" - относительно пустую область пространства рядом с локальной группой. Кроме того, было выявлено несколько новых структур, требующих дальнейшего изучения, включая более мелкие нитевидные структуры, соединяющие галактики.