|
Новая модель космологической темной материи
|
|
|
|
Исследователи из Университета Ньюкасла использовали информацию, полученную при изучении ультрахолодных атомных конденсатов Бозе-Эйнштейна, для анализа поведения нечеткой темной материи, новой модели космологической темной материи, которая недавно привлекла внимание космологов. Они обнаружили, что физическое состояние ядра нечетких ореолов темной материи, гравитационно связанных структур, в которых, как считается, формируются галактики, подобные нашей, такое же, как и у конденсатов Бозе-Эйнштейна (БЭК), образованных в лабораторных атомных ловушках. Междисциплинарная группа также обнаружила, что нечеткая темная материя, окружающая ядра гало, находится в турбулентном состоянии с вихрями и флуктуациями, которые препятствуют когерентности по всему гало. Эти свойства отличают нечеткую темную материю от более широко принятой модели холодной темной материи, в которой нет ни когерентных особенностей, ни квантовых вихрей.
|
|
|
|
Ученые продемонстрировали, что центры гало темной материи в этой новой нечеткой модели темной материи представляют собой практически гигантские БЭК, простирающиеся не на миллионные доли метра (микрометра), как в типичных холодных атомных системах, а на тысячи световых лет (эквивалентно десяткам миллионов миллиардов километров), охватывающих центры галактик и проявляющих свойство, характерное для квантовых систем и БЭК, называемое когерентностью. Исследование также описывает внутренние движения внешних гало и кинетическую энергию темной материи там, что порождает замысловатый клубок квантовых вихрей с характерными профилями плотности в их ядрах. Их результаты были опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
|
|
|
Космология имеет дело с очень большими масштабами природы, от царств галактик и галактических скоплений до всей наблюдаемой Вселенной. Космологи наблюдают за Вселенной, очевидно, не имея возможности проводить эксперименты, и главная природная сила, которая их интересует, — это гравитация. Такие наблюдения показали, что большая часть материи, из которой состоит космос, не похожа на ту, из которой состоят люди, планеты и звезды, и состоит из неизвестного вещества, названного за неимением лучшего слова темной материей. Ультрахолодная атомная физика, с другой стороны, описывает поведение облаков атомов, таких как газы рубидия, калия и натрия, обычно при температуре в миллионные доли градуса выше абсолютного нуля в лабораториях по всему миру, и исследует явления, раскрывающие квантовую природу атомов. иметь значение.
|
|
|
|
Исследование объединило эти две дисциплины под руководством доктора Герасимоса Ригопулоса из Ньюкаслского университета и профессора Ника Прукакиса, теоретиков космологии и ультрахолодной атомной физики соответственно. В команду также входили научный сотрудник доктор И-Канг (Гэри) Лю, который недавно получил стипендию Марии Кюри по этой теме, доктор Алекс Сото и доктор философии. студент Милош Инджин. Доктор Ригопулос, старший преподаватель прикладной математики, сказал: «Нечеткая темная материя уже несколько лет изучается космологами, но в нашей работе применяются концепции изучения динамики БЭК, которые существуют гораздо дольше. понимать, что есть определенное сходство с BEC, и конечная цель состоит в том, чтобы использовать эти знания для разработки способов лучшего тестирования этой новой и захватывающей модели с помощью наблюдений».
|
|
|
|
«Я всегда внимательно следил за междисциплинарными подходами в физике, и это была идеальная проблема для решения под таким углом. Установление общего языка заняло некоторое время, но мы с самого начала могли видеть, даже когда мы задумали этот проект, что были вознаграждения, которые можно было пожинать, когда вы выходите из своей зоны комфорта и пытаетесь увидеть вещи с новой точки зрения. Я думаю, что наша настойчивость окупилась, и мы только поверхностно познакомились с тем, что может сделать такое сотрудничество». Профессор Проукакис, профессор квантовой физики и активный сторонник универсальных свойств таких форм квантовой когерентности, добавил: «Фантастически видеть еще одну правдоподобную реализацию системы, демонстрирующей конденсацию Бозе-Эйнштейна: это невероятно видеть, когда мы сейчас имеют дело с такой огромной системой, которую невозможно представить тем, кто впервые изучал это явление в контролируемых лабораторных условиях».
|
|
|
|
«Хотя создание потенциальной имитации гравитационного притяжения в контролируемых лабораторных условиях остается сложной/неизвестной задачей в трехмерных системах, в таких экспериментальных системах в конечном итоге были решены аналогичные, изначально кажущиеся невозможными задачи. создание лабораторных установок, имитирующих определенные аспекты распределения материи во Вселенной, само по себе увлекательно». «Более того, даже в качестве теоретической площадки, это фантастика иметь новую систему для моделирования, опробовать обширный опыт, полученный из лабораторных конденсатов, и надеяться на будущие наблюдательные тесты в космологии». Будущие исследования будут сосредоточены на возможных способах наблюдения таких особенностей нечеткой темной материи, таким образом, эта модель будет подвергнута более детальному изучению с помощью наблюдений.
|
|
|
|
Ученые готовят ряд последующих публикаций, уже завершив исследование, показывающее теоретическое сходство уравнений, управляющих нечеткой моделью темной материи, с уравнениями, используемыми при изучении того, как конденсация Бозе-Эйнштейна развивается в лаборатории по мере того, как атомарные газы охлаждаются до около абсолютного нуля. В настоящее время они используют выводы из устоявшихся теорий, разработанных для описания холодных атомов, чтобы математически объединить традиционную холодную темную материю и новые нечеткие модели темной материи, а также изучают последствия и, в долгосрочной перспективе, наблюдательные исследования таких открытий.
|
|
|
|
Источник
|
