Найпотужніший суперкомп'ютер НАСА допоміг дослідникам моделювати ореол темної речовини, що оточує Чумацький Шлях. Це нове комп'ютерне моделювання показує, як темна речовина скупчується в "підгалузі" в межах більшого ореолу, що оточує Чумацький шлях. Це трохи головоломки, оскільки темна матерія не відповідає згусткуванню супутникових галактик, які нас оточують.
Дослідники Каліфорнійського університету, Санта-Крус, використовували найпотужніший суперкомп'ютер НАСА для запуску найбільшого на сьогодні моделювання формування та еволюції ореолу темної речовини, що охоплює галактику Чумацький Шлях. Їх результати демонструють підструктури в ореолі безпрецедентно деталізованими, забезпечуючи цінний інструмент для розуміння еволюційної історії нашої галактики.
Кожна галактика оточена ореолом таємничої темної речовини, яку можна виявити лише опосередковано, спостерігаючи її гравітаційні ефекти. Невидимий ореол набагато більший і кулястіший, ніж світиться галактика в центрі. Нещодавні комп'ютерні симуляції показали, що ореол напрочуд незграбний, з відносно щільними концентраціями темної речовини в гравітаційно пов'язаних "підгалосах" всередині ореолу. Нове дослідження, яке було прийняте для публікації в Astrophysical Journal, показує значно більш широку підструктуру, ніж будь-яке попереднє дослідження.
"Ми знаходимо майже 10 000 субгалосів, приблизно на порядок більше, ніж у будь-яких минулих моделювання. Деякі наші підгалоси мають" підструктуру ". Це очікувалося теоретично, але ми це показали вперше в чисельному моделюванні", - сказав П'єро Мадау, професор астрономії та астрофізики в УСК і співавтор статті.
Юрг Діманд, докторський колега Хаббла в УСК та перший автор статті, сказав, що нові результати посилюють те, що відомо як "проблема зниклих супутників". Проблема полягає в тому, що незграбність нормальної матерії в нашій галактиці і навколо неї - у вигляді карликових супутникових галактик - не відповідає тупості темної речовини, що спостерігається при моделюванні.
«Астрономи продовжують відкривати нові карликові галактики, але їх є лише близько 15 або близько того, порівняно з 120 підгалонами темної речовини порівнянного розміру в нашому моделюванні. То хто з них приймає карликові галактики, і чому? " Промовив попит.
Теоретичні моделі, в яких утворення зірок обмежується певними типами ореолів темної матерії - достатньо масивних або ранньоутворюючих - можуть допомогти вирішити розбіжність, сказав Мадау.
Хоча природа темної матерії залишається загадкою, але, здається, припадає близько 82 відсотків речовини у Всесвіті. В результаті еволюція структури у Всесвіті була зумовлена гравітаційними взаємодіями темної матерії. "Нормальна" речовина, яка утворює газ і зірки, потрапила в "гравітаційні колодязі", створені скупченнями темної речовини, породжуючи галактики в центрах ореолів темної матерії.
Спочатку гравітація діяла при незначних коливаннях щільності, наявних незабаром після Великого вибуху, щоб зібрати разом перші скупчення темної матерії. Вони переросли у більші та більші скупчення через ієрархічне злиття менших прародичів. Це процес, який дослідники UCSC моделювали на суперкомп'ютері Колумбії в Науково-дослідному центрі NASA Еймса, одному з найшвидших комп'ютерів у світі. Моделювання зайняло кілька місяців, працюючи на 300 - 400 процесорах одночасно протягом 320 000 "процесорних годин", - сказав Diemand.
Співавтор Майкл Кулен, який почав працювати над проектом ще аспірантом UCSC і зараз перебуває в Інституті підвищення кваліфікації в Прінстоні, заявив, що дослідники встановлюють початкові умови, виходячи з останніх результатів зонду Вікінсона з мікрохвильовою анізотропією (WMAP) експериментувати. Опубліковані в березні, нові результати WMAP дають найбільш детальну картину із дитячого Всесвіту.
Моделювання починається приблизно через 50 мільйонів років після Великого вибуху і обчислює взаємодію 234 мільйонів частинок темної речовини за 13,7 мільярдів років космологічного часу для отримання ореолу в тому ж масштабі, що і Чумацький Шлях. Скупчення в ореолі - це залишки злиття, в яких ядра менших ореолів вижили як гравітаційно пов'язані субгалоса, що орбітують в межах більшої системи-господаря.
Симуляція дала п’ять масивних підгалузевих (кожне більше 30 мільйонів разів перевищує масу Сонця) та багато менших в межах внутрішніх 10 відсотків ореолу господаря. Але лише одна відома карликова галактика (Стрілець) - це така близька до центру Чумацького Шляху, сказав Діманд.
«У тому ж районі, де був диск Чумацького Шляху, є великі скупчення темної речовини. Тож навіть у локальному сусідстві нашої Сонячної системи розподіл темної речовини може бути складнішим, ніж ми припускали », - сказав він.
Астрономи можуть виявити скупчення темної матерії в ореолі Чумацького Шляху за допомогою майбутніх телескопів гамма-випромінювання, але лише в тому випадку, якщо темна речовина складається з типів частинок, які можуть спричинити випромінювання гамма-випромінювань. Деякі кандидати в темну речовину, такі як нейтраліно, теоретична частинка, передбачувана теорією суперсиметрії, можуть знищити (тобто взаємно знищитись) при зіткненнях, генеруючи нові частинки і випромінюючи гамма-промені.
"Існуючі гамма-телескопи не виявили знищення темної речовини, але майбутні експерименти будуть більш чутливими, тому є деяка надія, що окремі підгалузі можуть створити підпис, який можна помітити", - сказав Кулен.
Зокрема, астрономи сподіваються на цікаві результати з космічного космічного телескопа Гамма-Рей (GLAST), запланованого до запуску в 2007 році, сказав він.
Моделювання також забезпечує корисний інструмент для астрономів спостереження, що вивчають найдавніші зірки в нашій галактиці, забезпечуючи зв'язок між поточними спостереженнями та більш ранніми фазами формування галактик, сказав Діманд.
«Перші маленькі галактики утворилися дуже рано, приблизно через 500 мільйонів років після Великого вибуху, і в нашій галактиці досі є зірки, що сформувалися в цей ранній час, як викопний рекорд раннього утворення зірок. Наше моделювання може забезпечити контекст, звідки прийшли ці старі зірки і як вони сьогодні опинилися в карликових галактиках і на певних орбітах в зоряному ореолі », - сказав Діманд.
Оригінальне джерело: UC Santa Cruz News Release
