Взаимодействие тёмной материи и тёмной энергии влияет на вращение космических структур

Эволюция плотности материи в контексте крупномасштабных филаментарных структур. В модели IDE I гало тёмной материи рыхлые и вытянутые, тогда как в модели IDE II они компактные и округлые. Автор: Чжан Цзяцзюнь

Исследователи из Шанхайской астрономической обсерватории Китайской академии наук впервые систематически выявили, как взаимодействие между тёмной материей и тёмной энергией значительно влияет на вращение и форму гало тёмной материи во Вселенной.

Исследование, опубликованное в Physical Review D 19 ноября, предоставляет новую перспективу для понимания формирования крупномасштабных космических структур и закладывает важную основу для интерпретации данных будущих проектов обзора неба, таких как Космический телескоп Китайской космической станции (CSST).

Вызовы стандартным космологическим моделям

Хотя текущая модель космологической постоянной и холодной тёмной материи (ΛCDM) достигла значительных успехов, она всё ещё сталкивается с наблюдательными проблемами, такими как напряжение Хаббла и напряжение S8. Модель взаимодействия тёмной материи и тёмной энергии (IDE) является одной из кандидатных теорий для решения этих проблем.

Исследователи изучили два типичных сценария IDE: в модели IDE I тёмная материя распадается и превращается в тёмную энергию, тогда как в модели IDE II процесс обратный — тёмная энергия преобразуется в тёмную материю. Эти процессы изменяют эффективную массу частиц тёмной материи, тем самым влияя на историю формирования и динамические свойства гало тёмной материи.

Ключевые результаты

Используя численное моделирование, команда обнаружила, что в модели IDE I, где тёмная материя распадается, согласованность между формами гало тёмной материи и направлением приливного поля от окружающих филаментарных структур значительно сильнее, чем в стандартной ΛCDM модели. В модели IDE II, где тёмная материя proliferates, наблюдалась противоположная тенденция: выравнивание форм ослабло.

«Когда тёмная материя преобразуется в тёмную энергию, гало становится более рыхлым и, следовательно, более восприимчивым к воздействию окружающей среды, тогда как преобразование тёмной энергии в тёмную материю имеет противоположный эффект», — пояснил Чжан Цзяцзюнь, автор исследования.

Значение для будущих наблюдений

Исследование предоставляет первое подробное описание сигнала внутреннего выравнивания гало в космологии IDE. Этот эффект является ключевым источником систематической ошибки в наблюдениях слабого гравитационного линзирования.

Для будущих крупномасштабных проектов, таких как CSST, точная калибровка эффекта внутреннего выравнивания является предпосылкой для успешного ограничения космологических параметров, особенно для обнаружения свойств тёмной материи и тёмной энергии.

Дополнительная информация: Guandi Zhao et al, Halo spin and orientation in interacting dark matter dark energy cosmology, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/lq8t-gw3m. На arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2501.03750