天体物理学者は、ファジーな暗黒物質銀河ハローをシミュレートします

密度スライスがファジーダークマターハローにズームインします。 右側のプロットは、ハローの最も内側の高解像度領域で新しく提示されたガウスビーム法を使用して、自己無撞着な干渉パターンと中央のソリトンコアを持つ再構成されたファジー暗黒物質波動関数を示しています。 クレジット:Schwabe&Niemeyer。

暗黒物質は宇宙の物質の一種で、光を吸収、反射、放出しないため、直接検出することはできません。 近年、世界中の宇宙物理学者や宇宙学者は、このとらえどころのないタイプの物質を間接的に検出して、その独特の特徴や組成をよりよく理解しようとしています。

暗黒物質の最も有望な候補の1つは、「ファジー暗黒物質」であり、非常に軽いスカラー粒子で構成されていると考えられている仮想的な暗黒物質です。 この種の物質は、その独特の特性のためにシミュレートするのが難しいことが知られています。

スペインのサラゴサ大学とドイツの天体物理学研究所の研究者たちは最近、銀河ハローを形成するファジーな暗黒物質をシミュレートするために使用できる新しい方法を提案しました。 この方法は、 フィジカルレビューレターは、チームが以前の作業で導入したアルゴリズムの適応に基づいています。

「ファジー暗黒物質に焦点を当てた研究の数値的課題は、その際立った特徴である、崩壊したハローとフィラメントの粒状密度の変動が、宇宙のウェブのダイナミクスを正確に捉えるのに十分な大きさの宇宙シミュレーションボックスよりも桁違いに小さいことです。」研究を実施した研究者の一人であるBodoSchwabeは、Phys.orgに語った。 「したがって、何年もの間、人々は大規模なダイナミクスをキャプチャする効率的な数値手法と、計算量が多いがこれらの密度変動を正確に進化させることができるアルゴリズムを組み合わせようとしました。」

最近の研究の一環として、Schwabeと彼の同僚であるJens C. Niemeyerは、以前の作業で導入したアルゴリズムを採用して改善しました。 これまでのところ、彼らが開発した方法は、ファジー暗黒物質宇宙論シミュレーションを実行するために首尾よく使用できる唯一の方法です。

研究者たちは、適応したアルゴリズムを使用して、コスモスウェブのフィラメントとハローへの崩壊をシミュレートすることができました。 これは、「初期密度場」を重力下で自由に進化する小さな粒子に分割する、いわゆる「n-body法」を使用して達成されました。

「n-body法は非常に安定しており、十分にテストされた効率的な方法ですが、フィラメントとハローの干渉するファジー暗黒物質場の密度変動を捉えることはできません」とSchwabe氏は説明しました。 「事前に選択されたハローの中心をトレースするシミュレーションボックスの小さなサブボリュームで、有限差分法と呼ばれる別のアルゴリズムに切り替えました。これは、ファジードブロイ波関数を直接展開し、干渉をキャプチャできます。特徴的な粒状密度変動をもたらすモード。」

n-body法と有限差分法は、宇宙論的シミュレーションを実行するために世界中の天体物理学で広く使用されていますが、これらを組み合わせて使用​​することはめったにありません。 シミュレーションを実行するために、SchwabeとNiemeyerは、サブボリュームの表面でのそれらの間の節度に依存して、これら2つの方法を組み合わせました。

より具体的には、彼らが使用した方法は、n体粒子を「ガウスビーム」として知られるコヒーレント波パッケージに促進します。 これらの要素の重ね合わせにより、交差点でファジーな暗黒物質の波動関数が発生し、最終的にシミュレーションを実行できるようになりました。

「n体法と有限差分法の組み合わせが成功したことで、現実的な宇宙論的ファジー暗黒物質シミュレーションへの道が開かれました」とSchwabe氏は付け加えました。 「これらのシミュレーションには、2つ以上のファジーダークマターハローの衝突、ハロー内の星団の進化、またはランダムウォークが星団を加熱または破壊する可能性がある中央の星団との相互作用を含めることができます。」


これは「ファジー」な宇宙がどのように見えたかです


詳しくは:
Bodo Schwabe et al、ファジー暗黒物質銀河ハローのディープズームインシミュレーション、 フィジカルレビューレター (2022)。 DOI:10.1103 / PhysRevLett.128.181301

©2022サイエンスXネットワーク

引用:天体物理学者は、https://phys.org/news/2022-05-astrophysicists-simulate-fuzzy-dark-galactic.htmlから2022年5月31日に取得されたファジー暗黒物質銀河ハロー(2022年5月30日)をシミュレートします

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