חוקרים ממכון פרימטר פיתחו את KiSS-SIDM, כלי חישובי שמגשר על משטרי ביניים במודל של חומר אפל בעל אינטראקציות עצמיות, ועשוי לשפר את ההבנה של קריסת ליבות ואפילו היווצרות חורים שחורים
קרדיט: SciTechDaily.com
פריצת דרך חישובית חדשה מאפשרת למדענים מבט ברור על אופן ההתפתחות של החומר האפל.
החומר האפל, שהוא עדיין אחת התעלומות הכי גדולות בקוסמולוגיה קרוב למאה שנים, מעצב את העולם ועדיין בלתי נראה וכמעט לא מובן. מחקר חדש של מכון הפרימטר מציג עכשיו כלי חישובי שנועד לעקוב אחרי ההתפתחות של חומר אפל פוטנציאלי ספציפי שנקרא הילות חומר אפל עם אינטראקציות עצמיות. סבורים שהמבנים העצומים האלה מארחים גלקסיות כמו שביל החלב.
המחקר מרחיב את יכולת המדענים לחקור איך סוגים שונים של אינטראקציות בין חלקיקי חומר אפל משפיעות על ההתפתחות וההתנהגות של מבנים קוסמיים עם הזמן.
חומר אפל עם אינטראקציות עצמיות מוגדר על ידי היכולת של חלקיקיו להתנגש ביניהם, כשהם נשארים למעשה בלתי נראים לחומר באריוני רגיל, כולל פוטונים, נייטרונים ואלקטרונים. להתנהגות הזאת יש השלכות חשובות על הילות חומר אפל, שתאורטיקנים רבים סבורים שהן ממלאות תפקיד מרכזי בתהליכים שמעצבים גלקסיות ומעוררים היווצרות כוכבים.
"חומר אפל יוצר גושים מפוזרים יחסית שהם עדיין צפופים בהרבה מהצפיפות הממוצעת של היקום", אומר ג'יימס גוריאן, ממכון הפרימטר. "שביל החלב והגלקסיות האחרות שוכנות בהילות החומר האפל האלה".
קריסה כבידתית-תרמית והתפתחות של הילות
ההתפתחות של הילות חומר אפל עם אינטראקציות עצמיות נקבעת לפי תופעה בשם קריסה כבידתית-תרמית. התהליך הזה נובע מתכונה של הכבידה שנוגדת את האינטואיציה, שבה מערכות שקשורות על ידי כבידה מתחממות, ולא מתקררות, כשהן מאבדות אנרגיה.
חומר אפל עם אינטראקציות עצמיות יכול לשאת אנרגיה באמצעות התנגשויות חלקיקים, ולכן האנרגיה הזאת זורמת בהדרגה החוצה בתוך הילה. כתוצאה מכך, האזור המרכזי נעשה יותר ויותר חם וצפוף, וגורם לעוד שינויים במבנה של ההילה עם הזמן.
כדי למפות את המבנים שיוצר חומר אפל עם אינטראקציות עצמיות, מדענים בדרך כלל נוקטים בגישה אחת כשהחומר האפל פחות צפוף עם התנגשויות פחות תדירות, וגישה שונה כשהחומר האפל צפוף יותר עם התנגשויות תכופות יותר – אבל לא הייתה להם גישת מיפוי לאפיוני ביניים. גוריאן והמחבר השותף סיימון מאי פיתחו קוד, KISS-SIDM, שהוא יותר מהיר ומדויק מהקודים שקדמו לו וזמין לשימוש ציבור המדענים.
השלכות לגבי היווצרות חורים שחורים
גם הבנת הקריסה של הליבה סקרנה את הפיזיקאים כי יכולות להיות לה השלכות ניתנות לצפייה לגבי היווצרות חורים שחורים. אבל הפרטים איך התהליך מסתיים הם שאלה פתוחה בפיזיקה, והקוד הוא צעד קדימה אל התשובה.
"השאלה היסודית היא מהי נקודת הסיום הסופית של הקריסה הזאת? זה מה שנרצה באמת לעשות – לחקור את השלב שאחרי שנוצר חור שחור", אומר גוריאן.
עוד בנושא באתר הידען:
