NASA-in najmoćniji superračunalo pomoglo je istraživačima da simuliraju oreol tamne materije koja okružuje Mliječni put. Ova nova računalna simulacija pokazuje kako se tamna tvar skuplja u "podhalose" unutar većeg oreola koji okružuje Mliječni put. Ovo je pomalo zagonetka, jer tamna tvar ne odgovara grupiranju satelitskih galaksija koje nas okružuju.
Istraživači sa Sveučilišta u Kaliforniji, Santa Cruz, upotrijebili su NASA-in najmoćniji superračunalo za pokretanje najveće simulacije do sada formiranja i evolucije haloa tamne materije koja obuhvata galaksiju Mliječni put. Njihovi rezultati pokazuju podstrukture unutar haloa bez presedana, pružajući vrijedan alat za razumijevanje evolucijske povijesti naše galaksije.
Svaka galaksija okružena je oreolom tajanstvene tamne materije koju je moguće samo posredno detektirati promatrajući njene gravitacijske učinke. Nevidljivi halo mnogo je veći i sferičniji od svjetlucave galaksije u njegovom središtu. Nedavne računalne simulacije pokazale su da je halo iznenađujuće nespretan, s relativno gustom koncentracijom tamne materije u gravitacijski vezanim “subhalozima” unutar haloa. Nova studija, koja je prihvaćena za objavljivanje u Astrofizičkom časopisu, pokazuje mnogo obimniju potstrukturu nego bilo koja prethodna studija.
"Nalazimo gotovo 10 000 subhalosa, što je otprilike jedan red više nego u bilo kojem od prethodnih simulacija, a neki od naših subhalosa pokazuju" potkonstrukciju ". To se očekivalo teoretski, ali mi smo to pokazali prvi put u numeričkoj simulaciji", rekao je Piero Madau, profesor astronomije i astrofizike na UCSC i suautor ovog rada.
Jürg Diemand, Hubbleov postdoktorski kolega s UCSC-a i prvi autor rada, rekao je da novi rezultati pogoršavaju ono što je poznato kao „problem sa satelitom koji nedostaje“. Problem je u tome što nezgrapanost normalne materije u našoj galaksiji i oko nje - u obliku patuljastih satelitskih galaksija - ne odgovara zgusnutosti tamne materije koja se vidi tijekom simulacije.
„Astronomi stalno otkrivaju nove patuljaste galaksije, ali ima ih još samo oko 15 ili nešto više, u usporedbi s oko 120 subhalosa tamne tvari slične veličine u našoj simulaciji. Pa koji su oni patuljasti galaksije i zašto? " - upita Diemand.
Teoretski modeli u kojima je stvaranje zvijezda ograničeno na određene vrste halosa tamne materije - dovoljno masivni ili rani koji se formiraju - mogu pomoći u otklanjanju razlika, rekao je Madau.
Iako priroda tamne materije ostaje misterija, čini se da čini oko 82 posto materije u svemiru. Kao rezultat toga, evolucija strukture u svemiru bila je pokrenuta gravitacijskim interakcijama tamne materije. „Normalna“ materija koja tvori plin i zvijezde pala je u „gravitacijske jame“ stvorene nakupinama tamne materije, stvarajući galaksije u središtima halogena tamne materije.
U početku je gravitacija djelovala na neznatne fluktuacije gustoće prisutne ubrzo nakon Velikog praska kako bi spojili prve nakupine tamne materije. Oni su prerastali u sve veće i veće grozdove hijerarhijskim spajanjem manjih porijekla. To je proces koji su istraživači s UCSC-a simulirali na superračunalu Columbia u istraživačkom centru NASA Ames, jednom od najbržih računala na svijetu. Simulacija je trajala nekoliko mjeseci, radeći 300 do 400 procesora odjednom u trajanju od 320 000 „cpu-sati“, rekao je Diemand.
Suautor Michael Kuhlen, koji je počeo raditi na projektu kao diplomski student na UCSC, a sada je na Institutu za napredni studij u Princetonu, rekao je da su istraživači postavili početne uvjete na temelju najnovijih rezultata Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) eksperiment. Objavljeni u ožujku, novi rezultati WMAP-a pružaju najsloženiju sliku ikada beba.
Simulacija počinje otprilike 50 milijuna godina nakon Velikog praska i izračunava interakcije 234 milijuna čestica tamne materije tijekom 13,7 milijardi godina kozmološkog vremena kako bi se stvorio oreol u istoj mjeri kao i Mliječni put. Kopčići unutar haloa ostatak su spajanja u kojima su jezgre manjih oreola preživjele kao gravitacijski vezane subhalote u orbiti oko većeg sustava domaćina.
Simulacijom je proizvedeno pet ogromnih subhalosa (svaki više od 30 milijuna puta veći od Sunčeve mase) i mnogo manjih unutar unutarnjih 10 posto holoa domaćina. Ipak, samo jedna poznata patuljasta galaksija (Strijelac) je ona bliska središtu Mliječnog puta, rekao je Diemand.
"Postoje velike nakupine tamne materije u istoj regiji gdje bi bio disk Mliječnog Puta. Dakle, čak i u lokalnom susjedstvu našeg Sunčevog sustava, distribucija tamne materije može biti složenija nego što smo pretpostavili, "rekao je.
Astronomi će možda moći otkriti nakupine tamne materije unutar haloa Mliječnog puta pomoću budućih teleskopa gama zraka, ali samo ako se tamna tvar sastoji od vrsta čestica koje bi mogle stvoriti emisiju gama zraka. Određeni kandidati za tamnu materiju - poput neutralne, teorijske čestice predviđene teorijom supersimetrije - mogli bi uništiti (tj. Biti međusobno uništeni) u sudarima, stvarajući nove čestice i emitirajući gama zrake.
"Postojeći teleskopi gama-zraka nisu otkrili uništavanje tamne materije, ali nadolazeći eksperimenti bit će osjetljiviji, tako da postoji nada da će pojedini podhalomi moći dati vidljivi potpis", rekao je Kuhlen.
Posebno se astronomi raduju zanimljivim rezultatima svemirskog teleskopa Gama Ray (GLAST) predviđenog za lansiranje u 2007., rekao je.
Simulacija također pruža koristan alat za astronomije promatranja koji proučavaju najstarije zvijezde u našoj galaksiji pružajući vezu između trenutnih promatranja i ranijih faza formiranja galaksija, rekao je Diemand.
"Prve male galaksije formirale su se vrlo rano, oko 500 milijuna godina nakon Velikog praska, a još uvijek postoje zvijezde u našoj galaksiji koje su se formirale u ovo rano vrijeme, poput fosilnih zapisa ranih formiranja zvijezda. Naša simulacija može pružiti kontekst odakle su te stare zvijezde došle i kako su danas završile u patuljastim galaksijama i na određenim orbitama u zvjezdanom oreolu “, rekao je Diemand.
Izvorni izvor: UC Santa Cruz News Release
