Новое исследование показывает, что распределение тёмной материи в нашей галактике отличается от ранее предполагаемого, что делает её потенциальным источником наблюдаемого избытка гамма-излучения в центре Млечного Пути.
Моделирование высокого разрешения показывает, что распределение тёмной материи во внутренней части галактики не сферическое, а уплощённое и асимметричное. Результаты подтверждают теорию о том, что избыток гамма-излучения связан с аннигиляцией тёмной материи.
Предыдущие теории и новые открытия
Учёные давно подозревали, что аннигиляция тёмной материи является источником гамма-излучения, но пространственное распределение лучей не соответствовало ожидаемому. Другая теория утверждает, что древние миллисекундные пульсары могли производить эти лучи.
Для нового исследования, опубликованного в Physical Review Letters, учёные смоделировали формирование галактик, подобных Млечному Пути, в условиях, аналогичных условиям в космическом соседстве Земли.
Моделирование на квантовом компьютере
Исследователи из Quantinuum, компании, занимающейся квантовыми вычислениями, недавно смоделировали упрощённую версию известной теоретической модели, так называемой модели Сачдева-Йе-Китаева (SYK), используя квантовый компьютер с захваченными ионами и ранее представленный рандомизированный квантовый алгоритм.
Их моделирование, описанное в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, улучшает нынешнее понимание хаотических квантовых систем, которые невозможно смоделировать с помощью классических компьютеров. В будущем их работа может способствовать моделированию других сложных квантовых систем и теоретических моделей.
Объяснение модели SYK
«Мы были заинтересованы в модели SYK по двум причинам: с одной стороны, это прототип модели сильно взаимодействующих фермионов в физике конденсированных сред, а с другой — это простейшая игрушечная модель для изучения квантовой гравитации в лаборатории с помощью голографической двойственности», — сказал Энрико Ринальди, ведущий специалист по исследованиям и разработкам в Quantinuum и старший автор статьи.
«Мы подумали, что наши квантовые компьютеры должны быть способны проверить квантовые симуляции этой очень важной физической модели, потому что они хорошо подходят для нового алгоритма для моделирования временной эволюции без систематических ошибок на квантовых компьютерах: TETRIS».
Алгоритм TETRIS, разработанный в Quantinuum и представленный в 2024 году, может использоваться для расчёта того, как квантовая система изменяется со временем на квантовых компьютерах. Базовая структура алгоритма и его рандомизированная природа хорошо подходят для моделирования модели SYK со случайными связями (то есть там, где силы взаимодействия между частицами случайны, а не фиксированы).
Заключение
«Наше исследование впервые показывает, что такие сложные взаимодействия можно смоделировать на текущем поколении коммерческих квантовых устройств Quantinuum путём продуманного проектирования новых алгоритмов и методов снижения шума», — сказал Ринальди. «В более широком масштабе мы показываем, что, возможно, другие трудно моделируемые системы, такие как модель Ферми-Хаббарда или решёточные калибровочные теории, скоро будут моделироваться на квантовых компьютерах, согласно нашей дорожной карте».
Недавняя работа Ринальди и его коллег знаменует важный шаг на пути к моделированию и изучению хаотических квантовых систем. В будущем улучшенные версии квантового процессора с захваченными ионами и рандомизированного алгоритма, которые они использовали, могут позволить моделировать другие системы с ещё большим количеством частиц и более сложными взаимодействиями.
dark matter annihilation to be a source of these rays, but the rays’ spatial spread did not match the arrangement of dark matter they had predicted. Another theory argues that ancient millisecond pulsars could produce the rays.»,»For the new study published in Physical Review Letters, researchers modeled the formation of Milky Way-like galaxies under environmental conditions similar to those of Earth’s cosmic neighborhood, thereby reproducing simulated Milky Way-like galaxies that bear strong resemblance to the real thing.»,»They found that dark matter does not radiate outwards from the Galactic Center but is instead organized similar to that of stars, meaning the former could just as equally have produced the excess gamma rays.»,»\»When the FERMI space telescope pointed to the galactic center, the results were startling. The telescope measured too many gamma rays, the most energetic kind of light in the universe. Astronomers around the world were puzzled, and competing theories started pouring in to explain the so-called ‘gamma ray excess,’\» states Noam Libeskind from the Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP).»,»After much debate, two ideas rose to the fore: either these gamma rays were the result of millisecond pulsars (ultra-dense neutron stars that spin thousands of times per second) or from dark matter particles smashing into each other and annihilating. Both theories have their drawbacks. However, the new results offered by scientists at the AIP collaborating with the Hebrew University in Israel and Johns Hopkins University in the U.S. have shed new light on this problem, effectively confirming the theory that the gamma ray excess is due to dark matter annihilation.»,»The Milky Way galaxy has long been known to live in a so-called dark matter halo, a spherical region filled with dark matter around it. However, the extent to which this halo is aspherical or ellipsoidal has not been appreciated.»,»Moorits Muru, lead author of the paper, says, \»We analyzed simulations of the Milky Way and its dark matter halo and found that the flattening of this region is sufficient to explain the gamma ray excess as being due to dark matter particles self-annihilating. These calculations demonstrate that the hunt for dark matter particles (that can self-annihilate) should be encouraged and bring us one step closer to understanding the mysterious nature of these particles.\»»,»\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tLeibniz Institute for Astrophysics Potsdam\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t»,»\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Other Physics Topics\n\t\t\t\t\t\t «]’>Источник