Největší počítačová simulace vesmíru, jaká kdy byla, eskaluje kosmologické dilema

Ve vesmíru dnes vidíme bezpočet hvězd a galaxií, ale kolik hmoty tam ve skutečnosti je? Otázka je jednoduchá, ale odpověď se zdá překvapivá.

Toto dilema existuje z velké části proto, že současná kosmologická pozorování se jednoduše neshodují v tom, jak je hmota distribuována v současném vesmíru.

Užitečná by byla nová počítačová simulace, která sleduje, jak se všechny prvky vesmíru – běžná hmota, temná hmota a temná energie – vyvíjejí podle fyzikálních zákonů. Úžasné snímky ukazují galaxie a kupy galaxií viditelné na snímku Vesmírse živí tím, co se nazývá Vesmírná síť. Tato síť je Největší stavba ve vesmírupostavený z vláken složených z obyčejné hmoty nebo baryonové hmoty a Temná hmota.

Na rozdíl od předchozích simulací, které se zabývaly pouze temnou hmotou, nová práce, prováděná projektem nazvaným FLAMINGO (zkratka pro Full-Scale Large-Scale Structure Simulation with All-Sky Mapping to Interpret Next Generation Observations), sleduje také běžnou hmotu.

Příbuzný: Žijeme v simulaci? Problém s touto ohromující hypotézou.

„Přestože temná hmota dominuje gravitaci, příspěvek běžné hmoty již nelze zanedbávat,“ uvedl v článku Jupp Shaye, profesor na Leidenské univerzitě v Nizozemsku a spoluautor tří nových studií o projektu Flamingo. prohlášení.

Pokud jde o to, kolik hmoty ve skutečnosti vesmír obsahuje, astronomové říkají, že počítačové simulace, jako jsou tyto, nejsou jen skvělým bonbónkem pro oči, ale také důležitými výzkumy, které pomohou určit příčinu velké nesrovnalosti v kosmologii zvané „napětí S8“. Toto je pokračující debata o tom, jak je hmota distribuována ve vesmíru.

Co je napětí S8?

Při zkoumání vesmíru astronomové někdy pracují s parametrem S8. Tento parametr v podstatě popisuje, jak je veškerá hmota v našem vesmíru „shluknutá“ nebo pevně stlačená, a lze jej přesně změřit pomocí toho, co je známo jako pozorování s nízkým rudým posuvem. Používají ho astronomové Červený posuv Chcete-li měřit, jak daleko je objekt Přistáta studie s nízkým rudým posuvem, jako je „slabý Gravitační čočka „Průzkumy“ by mohly osvětlit procesy odehrávající se ve vzdáleném, a tedy starším vesmíru.

READ BA.5 je v USA aktivní a nyní představuje 78 % případů

Ale hodnotu S8 lze také předpovědět pomocí funkce Standardní forma Kosmologie. Vědci mohou v podstatě upravit model tak, aby odpovídal známým vlastnostem objektu Kosmické mikrovlnné pozadí (CMB), což je zbytkové záření z Velkého třesku, a odtud vypočítat shlukování hmoty.

Takže, tady je ta věc.

Experimenty CMB zjistily vyšší hodnotu S8 než průzkumy slabé gravitační čočky. Kosmologové nevědí proč. Tento rozpor nazývají napětím S8.

Ve skutečnosti je napětí S8 schylující se krizí v kosmologii, která se jen málo liší od svého slavného bratrance: Hubbleovo napětíCož odkazuje na rozpory, kterým vědci čelí při určování rychlosti rozpínání vesmíru.

Důvod, proč nová simulace týmu neposkytuje odpověď na problém jitteru S8, je velký problém, protože na rozdíl od předchozích simulací, které braly v úvahu pouze účinky temné hmoty na vyvíjející se vesmír, nejnovější práce zohledňují účinky i běžná záležitost. Na rozdíl od temné hmoty se řídí obyčejnou hmotou gravitace Stejně jako tlak generovaný plynem v celém vesmíru. Například poháněné galaktickými větry Supernova Erupce a aktivně se hromadí Supermasivní černé díry Jsou to klíčové procesy, které redistribuují běžnou hmotu foukáním jejích částic do galaxií prostor.

Avšak ani studium nové práce obyčejné hmoty a některých extrémnějších galaktických větrů nestačilo k vysvětlení slabého shlukování hmoty pozorované v současném vesmíru.

„Jsem tu bezradný,“ řekl Shay Space.com. „Vzrušující možností je, že napětí ukazuje na nedostatky ve standardním modelu kosmologie nebo dokonce ve standardním modelu fyziky.“

obrázek 1 na 4

Mřížka bilionů galaxií různých barev je odlita podle jejich obrázků filtrovaných přes překrytí nebeského spektra. — 2.8 Gpc box ukazuje různé veličiny: plyn (objemová teplota a povrchová hustota), CDM (povrchová hustota temné hmoty), hvězdy (povrchová hustota hvězd) a neutrina (povrchová hustota neutrin). Všechny veličiny jsou zobrazeny pomocí logaritmické barevné škály pro vizualizaci dimerních struktur.(Obrazový kredit: Federace Flamingo Virgo)

Plyn

Mechanismus čistého rozvoje

Podivná fyzika nebo vadný model?

Takže, kde se toto napětí S8 vzalo?

READ Venuše ukazuje svou horkou, zamračenou stránku

„Nevíme, proč je to tak vzrušující,“ řekl Space.com Ian McCarthy, teoretický astrofyzik z Liverpool John Morris University ve Velké Británii a spoluautor tří nových studií.

Počítačové simulace, jako jsou ty, které provádí FLAMINGO, nás však mohou přiblížit o krok blíže. Může to pomoci odhalit důvod nervozity S8, protože hypotetická velká mapa vesmíru může pomoci identifikovat potenciální chyby v našich současných měřeních. Astronomové například pomalu vylučují přízemnější vysvětlení tohoto problému, jako je skutečnost, že to může být způsobeno obecnou nejistotou při pozorování rozsáhlých struktur nebo souvisí s problémem v samotném CMB.

Ve skutečnosti tým očekává, že účinky přírodní hmoty mohou být mnohem silnější než v současných simulacích. To se však také zdá nepravděpodobné, protože simulace dobře souhlasí s pozorovanými vlastnostmi galaxií a galaktických kup.

„Všechny tyto možnosti jsou velmi vzrušující a mají důležité důsledky pro základní fyziku a kosmologii,“ řekl McCarthy. Ale nejzajímavější možností je, že „Standardní model je nějakým způsobem nesprávný“.

Například temná hmota by mohla mít podivné, samočinně se ovlivňující vlastnosti, které standardní model nebere v úvahu, a jitter S8 by mohl naznačovat kolaps naší teorie gravitace ve větších měřítcích, řekl McCarthy.

Zatímco však nejnovější simulace sledují účinky přírodní hmoty a subatomárních částic známých jako… Neutrina – Obojí bylo shledáno jako důležité pro vytváření přesných předpovědí o tom, jak se galaxie vyvíjely v průběhu věků – ale nevyřešily problém napětí S8.

Zde je překvapivá věc: Při nízkých rudých posuvech je vesmír znatelně méně hrudkovitý, než předpovídal Standardní model. Ale měření, která zkoumají struktury vesmíru mezi CMB a měření nízkého červeného posuvu „jsou plně v souladu s předpovědí standardního modelu,“ řekl McCarthy. „Zdá se, že se vesmír choval tak, jak se očekávalo po většinu historie vesmíru, ale to se později v historii vesmíru změnilo.“

READ Denver zaznamenal rekordní počet úmrtí na předávkování drogami v roce 2023

Možná, že klíč k vyřešení napětí S8 spočívá v zodpovězení toho, co přesně vedlo k této změně.

Tento výzkum je popsaný v tři Listy Publikováno v Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.