المادة المظلمة غير مرئية، لكن جاذبيتها تمنع المجرات من التمزق. لفترة طويلة، كان يُعتقد أن جسيمات المادة المظلمة تمر عبر بعضها البعض دون أن تلاحظ بعضها. ومع ذلك، في المجرات الصغيرة، تبين أن كثافة المادة المظلمة في المركز أقل مما تتنبأ به الحسابات. وكأن الجسيمات غير المرئية تصطدم أحيانًا وتدفع بعضها بعيدًا، مثل كرات البلياردو.
قامت مجموعة من العلماء بدمج هذه التصادمات في برنامج الكمبيوتر المادة المظلمة OpenGadget3، الذي يحاكي ولادة ونمو المجرات. الآن يستطيع البرنامج حساب كيفية ارتداد جسيمات المادة المظلمة عن بعضها عند الاقتراب. يمكن تحديد مدى تشتتها والاتجاهات التي تتطاير فيها بعد الاصطدام. هذا يشبه ضبط مرونة كرات البلياردو غير المرئية.
تحقق المؤلفون من الدقة في عدة مسائل ذات إجابات معروفة. تطابقت النتائج مع التوقعات، وكانت سرعة الحسابات عالية حتى مع عدد كبير من الجسيمات. بقيت أسئلة غير محلولة: على سبيل المثال، كيفية محاكاة التصادمات التي لا ترتد فيها الجسيمات فحسب، بل تندمج أو تتبادل الطاقة بطريقة أخرى.
الآن يمكن لأي باحث تنزيل البرنامج واختبار فرضياته حول المادة المظلمة. ربما تفسر هذه التصادمات ألغاز المجرات الصغيرة وتقربنا من فهم ما يتكون منه ربع الكون.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2603.10107
Dark matter (DM) could be subject to non-gravitational self-interactions which is relevant to resolve potential problems of cold DM on small scales. Their impact on astrophysical objects such as galaxies and galaxy clusters allows for constraining the strength of this scattering and eventually further properties of the cross-section. To model self-interacting dark matter (SIDM), N-body simulations are a crucial tool widely employed by the SIDM community. In this paper, we describe the SIDM implementation in the cosmological hydrodynamical N-body code OpenGadget3 and release it to the public. It is capable of simulating elastic scattering for various differential cross-sections, including strongly anisotropic cross-sections. Beyond single-species models, the code also allows simulating a two-species model with cross-species interactions. In addition to describing the numerical schemes for modelling various flavours of SIDM, we discuss the technical challenges of implementing them. Moreover, we demonstrate through several test problems that OpenGadget3 can accurately simulate DM self-interactions. Furthermore, we assess the performance of the code and provide scaling tests. Lastly, we highlight remaining challenges in the context of SIDM and describe directions for improving the current state of the art.
المادة المظلمة في الكون تزيد بنحو خمس مرات عن المادة العادية التي تتكون منها النجوم والكواكب ونحن أنفسنا.