A matéria escura é um tipo de matéria no universo que não absorve, reflete ou emite luz, o que impossibilita a detecção direta. Nos últimos anos, astrofísicos e cosmólogos de todo o mundo têm tentado detectar indiretamente esse tipo de matéria indescritível, para entender melhor suas características e composição únicas.
Um dos candidatos mais promissores para a matéria escura é a "matéria escura difusa", uma forma hipotética de matéria escura que se acredita consistir em partículas escalares extremamente leves. Este tipo de matéria é conhecido por ser difícil de simular, devido às suas características únicas.

Pesquisadores da Universidad de Zaragoza, na Espanha, e do Instituto de Astrofísica, na Alemanha, propuseram recentemente um novo método que poderia ser usado para simular a matéria escura difusa formando um halo galáctico. Este método, introduzido em um artigo publicado em Physical Review Letters , é baseado na adaptação de um algoritmo que a equipe introduziu em seus trabalhos anteriores.

“O desafio numérico para estudos focados na matéria escura difusa é que suas características distintivas, as flutuações de densidade granular em halos e filamentos colapsados, são ordens de magnitude menores do que qualquer caixa de simulação cosmológica grande o suficiente para capturar com precisão a dinâmica da teia cósmica”, Bodo Schwabe, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse ao Phys.org. "Assim, durante anos, as pessoas tentaram combinar métodos numéricos eficientes que capturam a dinâmica em larga escala com algoritmos que são computacionalmente exigentes, mas podem evoluir com precisão essas flutuações de densidade".

Como parte de seu estudo recente, Schwabe e seu colega Jens C. Niemeyer adaptaram e melhoraram um algoritmo que haviam introduzido em seu trabalho anterior. Até agora, o método que eles desenvolveram é o único que pode ser usado com sucesso para realizar simulações de cosmologia de matéria escura difusa.

Usando seu algoritmo adaptado, os pesquisadores conseguiram simular o colapso da teia cosmos em filamentos e halos. Isso foi alcançado usando o chamado "método de n corpos", que divide o "campo de densidade inicial" em pequenas partículas que evoluem livremente sob a força da gravidade.

"O método de n-corpos é um método muito estável, bem testado e eficiente, mas não captura as flutuações de densidade do campo de matéria escura difusa interferente em filamentos e halos", explicou Schwabe. "Em um pequeno sub-volume de nossa caixa de simulação traçando no centro um halo pré-selecionado, mudamos para um algoritmo diferente, conhecido como método de diferença finita, que evolui diretamente a função de onda de matéria escura difusa e pode, assim, capturar sua interferência. modos que produzem as flutuações de densidade granular características."

Embora os métodos de n-corpos e diferenças finitas sejam amplamente utilizados pela astrofísica em todo o mundo para realizar simulações cosmológicas, eles raramente foram usados ​​em conjunto. Para realizar suas simulações, Schwabe e Niemeyer combinaram esses dois métodos, contando com a moderação entre eles na superfície do subvolume.

Mais especificamente, o método que eles usaram promove as partículas de n-corpos a pacotes de ondas coerentes conhecidos como "feixes gaussianos". A superposição desses elementos levou a uma função de onda de matéria escura difusa em sua interseção, o que acabou permitindo realizar suas simulações.

“Nossa combinação bem-sucedida dos métodos de n-corpos e diferenças finitas abre caminho para simulações cosmológicas de matéria escura fuzzy realistas”, acrescentou Schwabe. “Essas simulações podem incluir a colisão de dois ou mais halos de matéria escura difusa, a evolução de aglomerados de estrelas dentro de um halo ou sua interação com o núcleo solitônico central cuja caminhada aleatória pode potencialmente aquecer ou até mesmo interromper o aglomerado de estrelas.” + Explorar mais

This is how a 'fuzzy' universe may have looked

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