Группа астрофизиков из США и Кореи создала новую карту распределения тёмной материи, используя метод глубокого обучения на основе нейронной сети и данные о положениях и скоростях галактик в локальной Вселенной.

“80% материи во Вселенной находится в форме тёмной материи, которая составляет скелет крупномасштабной структуры, называемой космической паутиной”, – сказал доктор Дунхуэй Чжон, астрофизик из отдела астрономии и астрофизики Института гравитации и космоса при Государственном университете Пенсильвании.

Поскольку космическая паутина диктует движение всей материи в галактиках и межгалактических средах через гравитацию, знание распределения тёмной материи имеет важное значение для изучения крупномасштабной структуры.

Однако детальная структура космической паутины неизвестна, потому что в ней преобладает тёмная материя и горячие межгалактические среды, которые трудно проследить.

В своём исследовании доктор Чон и его коллеги использовали совершенно другой подход, используя машинное обучение для построения модели, которая использует информацию о распределении и движении галактик для прогнозирования распределения тёмной материи.

Они построили и обучили свою модель, используя большой набор симуляций галактик под названием Illustris-TNG, который включает галактики, газы, другую видимую материю, а также тёмную материю.

Исследователи специально выбрали моделируемые галактики, сопоставимые с галактикой Млечный Путь, и в конечном итоге определили, какие свойства галактик необходимы для предсказания распределения тёмной материи.

“Получив определённую информацию, модель может по существу заполнить имеющиеся пробелы”, – сказал доктор Чон.

Учёные обнаружили, что учёт движения галактик – их лучевых пекулярных скоростей – в дополнение к их распределению резко повысил качество карты и позволил увидеть множество деталей.

Затем исследователи применили свою модель к реальным данным о локальной Вселенной из каталога галактик Cosmicflow-3.

На карте последовательно воспроизводились известные видимые структуры в локальной Вселенной, в том числе Локальный Лист (область пространства, содержащая Млечный Путь, близлежащие галактики в Местной группе и галактики в скоплении Девы) и Местную пустоту (относительно пустая область рядом с локальной группой).

Кроме того, было выявлено несколько новых структур, требующих дальнейшего изучения, в том числе меньшие нитевидные структуры, соединяющие галактики.

“Наличие локальной карты космической паутины открывает новую главу в космологических исследованиях”, – сказал доктор Чжон.

Изучение того, как распределение тёмной материи соотносится с другими данными, поможет нам понять природу тёмной материи.