НАСА-ин најмоћнији суперкомпјутер помогао је истраживачима да симулирају ореол тамне материје која окружује Млијечни пут. Ова нова компјутерска симулација показује како се тамна материја скупља у „подхалосе“ у већем ореолу који окружује Млечни пут. Ово је помало загонетка, јер се тамна материја не подудара са групом сателитских галаксија које нас окружују.
Истраживачи са Универзитета у Калифорнији, Санта Цруз, користили су НАСА-ин најмоћнији суперкомпјутер како би покренули највећу симулацију до сада формирања и еволуције халоа тамне материје који обасјава галаксију Млијечни Пут. Њихови резултати показују подструктуре унутар халоа до сада без преседана, пружајући драгоцено средство за разумевање еволутивне историје наше галаксије.
Свака галаксија окружена је ореолом мистериозне тамне материје која се може само индиректно детектирати посматрањем њених гравитационих ефеката. Невидљиви хало је много већи и сферичнији од светлуцаве галаксије у његовом средишту. Недавне компјутерске симулације показале су да је хало изненађујуће груб, са релативно густим концентрацијама тамне материје у гравитационо везаним „субхалоима“ унутар халоа. Нова студија, која је прихваћена за објављивање у Астрофизичком часопису, показује много обимнију потструктуру него било која претходна студија.
"Налазимо скоро 10 000 субхалоса, отприлике за један ред више него у било којој претходној симулацији, а неки од наших субхалоса показују" потконструкцију. "То се теоретски очекивало, али ми смо то показали први пут у нумеричкој симулацији", рекао је Пиеро Мадау, професор астрономије и астрофизике на УЦСЦ и коаутор овог рада.
ЈА¼рг Диеманд, Хуббле постдокторски колега са УЦСЦ-а и први аутор рада, рекао је да нови резултати погоршавају оно што је познато као „нестали сателитски проблем“. Проблем је што се незграпаност нормалне материје у и око наше галаксије - у облику патуљастих сателитских галаксија - не подудара са згрченом тамном материјом виђеном у симулацији.
„Астрономи стално откривају нове патуљасте галаксије, али још увек их има око 15, у поређењу са око 120 субхалоса тамне материје сличне величине у нашој симулацији. Па који су они патуљасти галаксије и зашто? " Диеманд је рекао.
Теоретски модели у којима је формирање звезда ограничено на одређене типове ореола тамне материје - довољно масивни или рани који се формирају - могу помоћи у отклањању разлика, рекао је Мадау.
Иако природа тамне материје остаје мистерија, чини се да отпада око 82 одсто материје у универзуму. Као резултат тога, еволуција структуре у свемиру била је подстакнута гравитационим интеракцијама тамне материје. „Нормална“ материја која формира гас и звезде пала је у „гравитациона бунара“ створена гроздовима тамне материје, стварајући галаксије у центрима ореола тамне материје.
У почетку је гравитација деловала на незнатна колебања густине присутна убрзо након Великог праска како би спојили прве грудице тамне материје. Они су прерастали у све веће и веће груде хијерархијским спајањем мањих поријекла. Ово је процес који су истраживачи УЦСЦ симулирали на суперкомпјутеру Цолумбиа у НАСА Амес истраживачком центру, једном од најбржих рачунара на свету. Симулација је трајала неколико месеци, радећи на 300 до 400 процесора одједном у трајању од 320.000 „цпу-часова“, рекао је Диеманд.
Суаутор Мицхаел Кухлен, који је започео рад на пројекту као дипломски студент на УЦСЦ, а сада је на Институту за напредни студиј у Принцетону, рекао је да су истраживачи поставили почетне услове на основу најновијих резултата из Вилкинсон Мицроваве Анисотропи Пробе (ВМАП) експеримент. Објављени у марту, нови резултати ВМАП-а пружају најцрњенију слику икада бебе.
Симулација почиње отприлике 50 милиона година након Великог праска и израчунава интеракције 234 милиона честица тамне материје током 13,7 милијарди година космолошког времена да би се створио ореол у истој размери као и Млечни пут. Клинчићи унутар халоа су остаци спајања у којима су језгре мањих ореола преживеле као гравитационо везани субхалоси у орбити око већег система домаћина.
Симулацијом је произведено пет огромних субхалоса (сваки више од 30 милиона пута већи од масе Сунца) и много мањих унутар унутрашњих 10 процената хало домаћина. Ипак, само једна позната патуљаста галаксија (Стрелац) је толико близу центру Млечног пута, рекао је Диеманд.
„Постоје велике груде тамне материје у истом региону где би био диск Млечног пута. Дакле, чак и у локалном окружењу нашег Сунчевог система, дистрибуција тамне материје може бити сложенија него што смо претпостављали “, рекао је.
Астрономи ће можда бити у стању да детектују накупине тамне материје унутар халоа Млечног пута помоћу будућих гама-телескопа, али само ако се тамна материја састоји од врста честица које би довеле до емисије гама-зрака. Одређени кандидати за тамну материју - као што је неутралино, теоријска честица предвиђена теоријом суперсиметрије - могли би уништити (тј. Бити међусобно уништени) у сударима, стварајући нове честице и емитујући гама зраке.
"Постојећи телескопи гама-зрака нису открили уништавање тамне материје, али надолазећи експерименти ће бити осетљивији, тако да постоји нада да ће поједини подхаломи моћи дати видљив потпис", рекао је Кухлен.
Посебно, астрономи се радују занимљивим резултатима са свемирским телескопом Гама Раи (ГЛАСТ), предвиђеним за лансирање у 2007., рекао је.
Симулација такође пружа корисно средство за посматрачке астронома који проучавају најстарије звезде у нашој галаксији пружајући везу између тренутних осматрања и ранијих фаза формирања галаксија, рекао је Диеманд.
„Прве мале галаксије формирале су се врло рано, око 500 милиона година после Великог праска, а још увек постоје звезде у нашој галаксији које су се формирале у ово рано доба, попут фосилних записа раних формирања звезда. Наша симулација може пружити контекст одакле су те старе звезде настале и како су данас завршиле у патуљастим галаксијама и на одређеним орбитама у звездном халоу “, рекао је Диеманд.
Изворни извор: УЦ Санта Цруз Невс Релеасе
