Космическая паутина похожа на гигантскую трёхмерную сеть: галактики и скопления связаны нитями из тёмной материи. Эти нити — как невидимые мосты, по которым вещество стекается к крупным узлам. Учёные долго пытались понять, как устроена плотность этих нитей, но получали противоречивые результаты.
В новом исследовании авторы взяли данные симуляции TNG50, где прослеживается эволюция Вселенной, и выделили нити с помощью алгоритма DisPerSE. Оказалось, что напрямую определённые центры нитей не совпадают с реальными пиками плотности. Тогда исследователи применили метод "сжимающегося цилиндра": они итеративно сдвигали ось цилиндра к максимуму плотности, пока не находили истинный хребет нити. Это позволило восстановить внутренний степенной закон профиля плотности.
Далее авторы разделили частицы тёмной материи на "гладкую" компоненту и частицы, связанные в маленькие гало. Оказалось, что центральный пик плотности в нитях создают именно这些小 гало, а гладкая компонента имеет плоское ядро в пределах 0.1 вириального радиуса. Это означает, что в центре нитей доминируют сгустки, а не однородное распределение.
Исследование также показало, что с течением времени гладкая компонента становится менее выраженной: в ранней Вселенной аккреция вещества вдоль нитей была более плавной, а к настоящему моменту всё больше материи падает в виде комков. Этот переход от гладкого течения к комковатому отражает общую эволюцию структуры Вселенной.
В итоге авторы предложили обобщённую модель с тремя степенными законами, которая хорошо описывает универсальный профиль плотности нитей. Это открытие подчёркивает, что космическая паутина, как и гало тёмной материи, подчиняется принципу самоподобия — нужно лишь найти правильный масштаб.
Если бы вы могли увидеть нити космической паутины, они напоминали бы светящуюся нейронную сеть, растянутую на миллиарды световых лет, но состоящую в основном из невидимой тёмной материи.