ფარული მატერია არის მატერიის ტიპი რომელიც არც შთანთქავს, არც ირეკლავს და არც ასხივებს სინათლეს, რაც ართულებს მისი პირდაპირი დაკვირვებები დაფიქსირებას. ბოლო წლებში, ასტროფიზიკოსები და კოსმოლოგები ცდილობენ ირიბი ეფექტებით შეისწავლონ მატერიის ეს იდუმალი ფორმა და უკეთ გაიგონ მისი უნიკალური თვისებები და შედგენილობა.

ფარული მატერიის ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული კანდიდატი არის ე. წ. „ბუნდოვანი ფარული მატერია“ (fuzzy dark matter, FDM), რომელიც შედგება ჰიპოთეტური ზე-მსუბუქი სკალარული ნაწილაკებისგან. ცნობილია, რომ უნიკალური მახასიათებლების გამო ასეთი ტიპის მატერიის კომპიუტერული მოდელირება რთულია.

ჟურნალში Physical Review Letters, 2 მაისს გამოქვეყნდა სარაგოსას უნივერსიტეტის (ესპანეთი) და გოტინგენის უნივერსიტეტის (გერმანია) მკვლევარების სტატია, სადა შემოთავაზებულია ახალი მეთოდი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას FDM-ის გალაქტიკური ჰალოების მოდელირებისათვის.

„FDM-ის რიცხვითი კვლევებისთვი გამოწვევა არის ის, რომ მისი დამახასიათებელი თვისება, სიმკვრივის ფლუქტუაციები კოლაფსირებულ ჰალოებში და ფილამენტებში, რამდენიმე რიგით ნაკლებია, ვიდრე კოსმოლოგიაში გამოყენებული ნებისმიერი სიმულაციური მესერი, რომელიც საკმარისად დიდი უნდა იყოს, რომ კარგად აღწეროს კოსმოსური ქსელის დინამიკა. წლების განმავლობაში მეცნიერები ცდილობდნენ გაეერთიანებინათ ფართომასშტაბოვანი დინამიკის აღსაწერი რიცხვითი მეთოდები, მცირემასშტაბოვან სიმკვრივის ფლუქტუაციების აღმწერ ალგორითმებთან, რომლებიც დიდ გამოთვლით რესურსებს მოითხოვენ.“ - ამბობს კვლევის ერთ-ერთი ავტორი Bodo Schwabe (გოტინგენის უნივერსიტეტი).

ბოლო კვლევების ფარგლებში, მეცნიერებმა გააუმჯობესეს ალგორითმი, რომელიც მათ წინა ნაშრომში წარადგინეს. ჯერჯერობით, მათ მიერ შემუშავებული მეთოდი ერთადერთია, რომლის წარმატებით გამოყენება შესაძლებელია FDM-ის კომპიუტერული მოდელირებისათვის. ადაპტირებული ალგორითმის გამოყენებით, მკვლევარებმა შეძლეს კოსმოსის ქსელის ფილამენტებად და ჰალოებად კოლაფსის სიმულაცია. გამოყენებული იქნა ე. წ. "n-სხეულის მეთოდი", რომელიც "საწყისი სიმკვრივის ველს" ყოფს მცირე ზომის ნაწილაკებად, რომლებიც თავისუფლად მოძრაობენ გარე გრავიტაციულ ველში.

„n-სხეულის მეთოდი არის სტაბილური, კარგად შემოწმებული და ეფექტური, მაგრამ ის არ ასახავს FDM-ის სიმკვრივის ფლუქტუაციებს ფილამენტებში და ჰალოებში. ჩვენი დიდი მასშტაბის სიმულაციური მესერის მცირე არეებში, რომლებიც წინასწარ შერჩეული ჰალოს ცენტრის მდებარეობასთან არიან კორელირებული, ჩვენ გადავედით სხვა ალგორითმზე, რომელიც ცნობილია როგორც სასრული სხვაობების მეთოდი. ეს მეთოდი შეისწავლის უშუალოდ FDM-ის ტალღური ფუნქციის ევოლუციას და ამგვარად შეუძლია იმ მოდების დაფიქსირება, რომლებიც იძლევა სიმკვრივის გრანულოვან ფლუქტუაციებს." - განმარტავს Bodo Schwabe.

მიუხედავად იმისა, რომ n-სხეულის და სასრული სხვაობების მეთოდები კარგადაა აპრობირებული კოსმოლოგიური სიმულაციების შესასრულებლად, ისინი იშვიათად გამოიყენებოდა ერთად. ახალ კვლევაში მეცნიერებმა გააერთიანეს ეს ორი მეთოდი და დაუშვეს მათი ერთმანეთში გადასვლა ქვე-მოცულობების ზედაპირებზე. უფრო კონკრეტულად, მათ მიერ გამოყენებულ მეთოდს ნაწილაკები გადაჰყავს n-სხეულოვანი მდგომარეობიდან კოჰერენტულ ტალღურ პაკეტებში, რომლებიც ცნობილია როგორც "გაუსის სხივები". ამ ელემენტების სუპერპოზიციამ მოგვცა FDM-ის ტალღის ფუნქცია მათ გადაკვეთაზე, რამაც საბოლოოდ საშუალება მისცა მეცნიერებს განეხორციელებინათ მოდელირება.

„n-სხეულისა და სასრული სხვაობების მეთოდების ჩვენი წარმატებული კომბინაცია გზას უხსნის რეალისტურ კოსმოლოგიურ FDM-ის სიმულაციებს. ეს სიმულაციები შეიძლება მოიცავდეს ორი ან მეტი FDM-ის ჰალოების შეჯახებას, ვარსკვლავური გროვების ევოლუციას ჰალოში ან მათ ურთიერთქმედებას ცენტრალურ სოლიტონურ ბირთვთან, რომლის შემთხვევითმა მოძრაობამ შეიძლება შეაშფოთოს, ან დაშალოს კიდევ ვარსკვლავური გროვა.“- ამატებს Bodo Schwabe.

წყარო:

https://phys.org/news/2022-05-astrophysicists-simulate-fuzzy-dark-galactic.html