تعامل ماده تاریک و انرژی تاریک، چرخش و هم‌راستایی هاله‌های کیهانی را تعیین می‌کند؛ شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند
توسط ژانگ نانان، آکادمی علوم چین
یک مطالعهٔ شبیه‌سازی کیهانی توسط پژوهشگران رصدخانه نجوم شانگهای از آکادمی علوم چین به‌صورت نظام‌مند و برای اولین بار نشان داده است که تعامل بین مادهٔ تاریک و انرژیٔ تاریک به‌طور قابل‌توجهی بر چرخش و هم‌راستایی شکل هاله‌های مادهٔ تاریک در جهان تأثیر می‌گذارد.
این مطالعه که در ۱۹ نوامبر در مجله Physical Review D منتشر شد، دیدگاهی نوین برای درک شکل‌گیری ساختارهای کیهانی در مقیاس بزرگ ارائه می‌دهد و پایه‌ای مهم برای تفسیر داده‌های مشاهداتی پروژه‌های آینده‌مانند تلسکوپ ایستگاه فضایی چین (CSST) می‌گذارد.
چالش‌های مدل‌های استاندارد کیهانی
اگرچه مدل ثابت کیهانی–ماده سرد (ΛCDM) که جهان را توصیف می‌کند به موفقیت‌های چشمگیری دست یافته است، هنوز با برخی چالش‌های مشاهداتی مانند «تنش هابل» و «تنش S8» مواجه است. مدل تعامل ماده تاریک‑انرژی تاریک (IDE) یکی از نظریه‌های پیشنهادی برای حل این مشکلات است. در این مدل، ماده تاریک و انرژی تاریک به‌صورت مستقل تکامل نمی‌یابند، بلکه انرژی را به‌یک‌دیگر منتقل می‌کنند.
پژوهشگران دو سناریوی متداول IDE را بررسی کردند: در مدل IDE I، ماده تاریک تجزیه می‌شود و به انرژی تاریک تبدیل می‌گردد؛ در حالی که در مدل IDE II، این فرایند برعکس است و انرژی تاریک به ماده تاریک تبدیل می‌شود. این دو فرآیند جرم مؤثر ذرات ماده تاریک را تغییر می‌دهند و به‌طور عمیق تاریخچه شکل‌گیری و ویژگی‌های دینامیکی هاله‌های ماده تاریک را تحت تأثیر قرار می‌نمایند.
روش‌های شبیه‌سازی و نتایج کلیدی
تیم از برنامهٔ شبیه‌سازی عددی N‑بدنه‌ای به نام ME‑GADGET برای انجام شبیه‌سازی‌های با دقت بالا از شکل‌گیری ساختارهای کیهانی تحت هر دو مدل IDE و مدل استاندارد ΛCDM استفاده کرد.
با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی، دریافتند که در مدل IDE I که در آن ماده تاریک تجزیه می‌شود، هماهنگی شکل هاله‌های ماده تاریک با جهت میدان جزر و مد ناشی از ساختارهای فیلامنتی کیهانی اطراف، به‌طور قابل‌توجهی قوی‌تر از مدل ΛCDM است. در مدل IDE II که در آن ماده تاریک به‌صورت افزایشی ظاهر می‌شود، روند معکوسی مشاهده شد؛ هم‌راستایی شکل تضعیف می‌گردد.
“در واقع درک این تغییر آسان است”، گفت ژانگ جیاچون، نویسندهٔ همخوان این مطالعه. “وقتی ماده تاریک به انرژی تاریک تبدیل می‌شود، هاله شل‌تر می‌شود و به‌این‌تر از تأثیرات محیطی حساس می‌گردد، در حالی که تبدیل انرژی تاریک به ماده تاریک اثر معکوس دارد.”
“مانند مقایسه دو نفر است: اگر یکی به‌صورت منظم ورزش کند و ماهیچه‌های سفتی داشته باشد، آزادانه‌تر حرکت می‌کند و نیروی کافی برای مقاومت در برابر گرانش دارد. دیگری به‌درستی ورزش نمی‌کند و وزنش عمدتاً از چربی تشکیل شده است، بنابراین به‌راحتی تحت گرانش روی مبل می‌افتد. این تحقیق نه تنها الگوهای توزیع ماده تاریک در جهان را فاش می‌کند، بلکه ما را به اهمیت ورزش، تبدیل چربی به عضله و حفظ سلامت دعوت می‌نماید.”
دلالت‌های مشاهدات آینده
از نظر اهمیت مشاهداتی، این مطالعه اولین تصویر دقیق از سیگنال هم‌راستایی ذاتی (IA) هاله‌ها در کیهان‌شناسی IDE را ارائه می‌دهد. IA منبع اصلی خطاهای سیستماتیک در مشاهدات لینس‌نگاری گرانشی ضعیف است که از هم‌راستایی غیر تصادفی شکل‌های کهکشان‌ها و ارتباط آن‌ها با ساختارهای کیهانی در مقیاس بزرگ ناشی می‌شود.
در آینده، برای پروژه‌های نظرسنجی لینس‌نگاری گرانشی ضعیف در مقیاس بزرگ نظیر CSST، کالیبراسیون دقیق اثر IA پیش‌نیازی برای محدود کردن موفق پارامترهای کیهانی است، به‌ویژه برای شناسایی ویژگی‌های ماده تاریک و انرژی تاریک.
“کار ما پایهٔ فیزیکی لازم و فرمول‌های برازش را برای ساخت مدل‌های کالیبراسیون IA دقیق‌تری که اثرات IDE را در بر می‌گیرند، فراهم می‌کند. این امر به‌صورت مستقیم به استخراج سیگنال‌های کیهانی پاک‌تر از داده‌های آینده CSST کمک خواهد کرد”، گفت ژانگ.
اطلاعات بیشتر: Guandi Zhao و همکاران، چرخش و جهت‌گیری هاله در کیهان‌شناسی تعامل ماده تاریک‑انرژی تاریک، Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/lq8t-gw3m. در arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2501.03750
اطلاعات مجله: Physical Review D, arXiv
ارائه‌شده توسط آکادمی علوم چین
ارجاع: Dark matter-dark energy interaction shapes cosmic halo spin and alignment, simulations show (2025, نوامبر ۲۸) دریافت شده ۲۸ نوامبر 2025 از https://phys.org/news/2025-11-dark-energy-interaction-cosmic-halo.html