Cel mai puternic supercomputer al NASA i-a ajutat pe cercetători să simuleze halo de materie întunecată care înconjoară Calea Lactee. Această nouă simulare a calculatorului arată modul în care materia întunecată se aglomerează în „subhalos” din halo-ul mai mare care înconjoară Calea Lactee. Acesta este un pic de puzzle, deoarece materia întunecată nu se potrivește cu aglomerarea galaxiilor satelite care ne înconjoară.
Cercetătorii de la Universitatea din California, Santa Cruz, au utilizat cel mai puternic supercomputer al NASA pentru a rula cea mai mare simulare până în prezent a formării și evoluției halo-ului de materie întunecată care învelește galaxia Calea Lactee. Rezultatele lor arată substructuri din halo în detalii fără precedent, oferind un instrument valoros pentru înțelegerea istoriei evolutive a galaxiei noastre.
Fiecare galaxie este înconjurată de un halou de materie întunecată misterioasă, care poate fi detectată doar indirect prin respectarea efectelor sale gravitaționale. Halo invizibil este mult mai mare și mai sferic decât galaxia luminoasă din centrul său. Simulările recente ale computerului au arătat că halo este surprinzător de ciudat, cu concentrații relativ dense de materie întunecată în „subhalos” legat gravitațional în interiorul halo. Noul studiu, care a fost acceptat pentru publicare în Jurnalul Astrofizic, arată o substructură mult mai extinsă decât orice studiu anterior.
„Găsim aproape 10.000 de subhalos, cu aproximativ un ordin de mărime mai mult decât în orice simulări anterioare, iar unele dintre subhalosul nostru prezintă„ sububstructură. Acest lucru a fost așteptat teoretic, dar am arătat-o pentru prima dată într-o simulare numerică ”, a spus Piero Madau, profesor de astronomie și astrofizică la UCSC și coautor al lucrării.
Jürg Diemand, un coleg postdoctoral Hubble la UCSC și primul autor al lucrării, a declarat că noile rezultate agravează ceea ce este cunoscută drept „problema satelitului lipsă”. Problema este că neplăcerea materiei normale în galaxia noastră și în jurul acesteia - sub forma galaxiilor satelite pitice - nu se potrivește cu oboseala materiei întunecate văzută în simulare.
„Astronomii continuă să descopere noi galaxii pitice, dar mai există doar aproximativ 15 sau mai mult, comparativ cu aproximativ 120 de subhaloți de materie întunecată de dimensiuni comparabile în simularea noastră. Deci, care sunt gazdele galaxiilor pitice și de ce? " Spuse Diemand.
Modelele teoretice în care formarea stelelor este limitată la anumite tipuri de halos de materie întunecată - suficient de masive sau de formare timpurie - pot ajuta la rezolvarea discrepanței, a spus Madau.
Deși natura materiei întunecate rămâne un mister, se pare că reprezintă aproximativ 82 la sută din materia din univers. Ca urmare, evoluția structurii în univers a fost condusă de interacțiunile gravitaționale ale materiei întunecate. Materia „normală” care formează gaz și stele a căzut în „puțurile gravitaționale” create de aglomerații de materie întunecată, dând naștere la galaxii în centrele halosului de materie întunecată.
Inițial, gravitația a acționat asupra fluctuațiilor ușoare ale densității prezente la scurt timp după Big Bang pentru a atrage primele aglomerații de materie întunecată. Acestea au crescut în grupuri din ce în ce mai mari prin fuziunea ierarhică a progenitorilor mai mici. Acesta este procesul pe care cercetătorii UCSC l-au simulat pe supercomputer Columbia de la NASA Ames Research Center, unul dintre cele mai rapide computere din lume. Simularea a durat câteva luni pentru a finaliza, rulând pe 300 până la 400 de procesoare la un moment dat pentru 320.000 de „cpu-ore”, a spus Diemand.
Coautorul Michael Kuhlen, care a început să lucreze la proiect ca student absolvent la UCSC și este acum la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, a declarat că cercetătorii au stabilit condițiile inițiale pe baza celor mai recente rezultate din sonda de anisotropie cu microunde Wilkinson (WMAP) experiment. Lansate în martie, noile rezultate WMAP oferă cea mai detaliată imagine a universului infantil.
Simularea începe la aproximativ 50 de milioane de ani după Big Bang și calculează interacțiunile a 234 de milioane de particule de materie întunecată, pe parcursul a 13,7 miliarde de ani de timp cosmologic, pentru a produce un halou la aceeași scară ca și Calea Lactee. Grupurile din halo sunt rămășițele fuziunilor în care nucleele de halos mai mici au supraviețuit ca subhalos legat gravitațional orbitând în cadrul sistemului gazdă mai mare.
Simularea a produs cinci subhalos masivi (fiecare de peste 30 de milioane de ori mai mult decât masa Soarelui) și multe mai mici în interiorul a 10% din halo gazdă. Cu toate acestea, o singură galaxie pitică cunoscută (Săgetătorul) este atât de aproape de centrul Calea Lactee, a spus Diemand.
„Există o mulțime mare de materii întunecate în aceeași regiune unde ar fi discul Căii Lactee. Deci chiar și în vecinătatea locală a sistemului nostru solar, distribuția materiei întunecate poate fi mai complicată decât ne-am asumat ”, a spus el.
Astronomii pot fi capabili să detecteze aglomerații de materie întunecată din haloul Calea Lactee cu viitoarele telescoape cu raze gamma, dar numai dacă materia întunecată este formată din tipurile de particule care ar da naștere emisiilor de raze gamma. Anumiți candidați ai materiei întunecate - cum ar fi neutralino, o particulă teoretică prevăzută de teoria supersimetriei - ar putea anihila (adică să fie distruși reciproc) în coliziuni, generând noi particule și emitând raze gamma.
"Telescoapele cu raze gamma existente nu au detectat anihilarea materiei întunecate, dar experimentele viitoare vor fi mai sensibile, așa că există o speranță că subhalosurile individuale pot produce o semnătură observabilă", a spus Kuhlen.
În special, astronomii așteaptă cu nerăbdare rezultate interesante din Telescopul spațial Gamma Ray (GLAST), programat pentru lansare în 2007, a spus el.
Simularea oferă, de asemenea, un instrument util pentru astronomii observaționali care studiază cele mai vechi stele din galaxia noastră, oferind o legătură între observațiile actuale și fazele anterioare ale formării galaxiei, a spus Diemand.
„Primele mici galaxii s-au format foarte devreme, la aproximativ 500 de milioane de ani după Big Bang, și mai există astăzi stele în galaxia noastră care s-au format în acest timp, ca un record fosil al formării stelelor timpurii. Simularea noastră poate oferi contextul de unde provin acele stele vechi și cum au ajuns în galaxiile pitice și în anumite orbite din halo stelar astăzi ”, a spus Diemand.
Sursa originală: Comunicat de presă al UC Santa Cruz
