Najvýkonnejší superpočítač NASA pomohol vedcom simulovať halo temnej hmoty, ktorá obklopuje Mliečnú dráhu. Táto nová počítačová simulácia ukazuje, ako sa temná hmota zhlukuje do „subhalov“ v rámci väčšieho halo okolo Mliečnej dráhy. Je to trochu hádanka, pretože temná hmota nezodpovedá zhluku satelitných galaxií, ktoré nás obklopujú.
Vedci z Kalifornskej univerzity v Santa Cruze použili najvýkonnejší superpočítač NASA na uskutočnenie najväčšej simulácie, ktorá sa doteraz týkala vzniku a vývoja halo svätej hmoty, ktorá obklopuje galaxiu Mliečna dráha. Ich výsledky ukazujú bezprecedentné detaily v rámci halou a poskytujú cenný nástroj na pochopenie evolučnej histórie našej galaxie.
Každá galaxia je obklopená halom tajomnej temnej hmoty, ktorú je možné zistiť iba nepriamo pozorovaním jej gravitačných účinkov. Neviditeľný halo je omnoho väčšie a sférickejšie ako svetelná galaxia v jeho strede. Nedávne počítačové simulácie ukázali, že halo je prekvapivo neohrabané, s relatívne hustou koncentráciou tmavej hmoty v gravitačne viazaných „subhaloch“ vo vnútri halo. Nová štúdia, ktorá bola prijatá na uverejnenie v Astrofyzikálnom časopise, vykazuje oveľa rozsiahlejšiu podštruktúru ako akákoľvek predchádzajúca štúdia.
"Zistili sme takmer 10 000 subhalov, o jeden rád viac ako v predchádzajúcich simuláciách a niektoré z našich subhalov vykazujú" sububruktúru ". Teoreticky sa to očakávalo, ale ukázali sme to prvýkrát v numerickej simulácii," povedal Piero Madau, profesor astronómie a astrofyziky na UCSC a spoluautor príspevku.
Jürg Diemand, Hubblov postdoktorand v UCSC a prvý autor príspevku, uviedol, že nové výsledky zhoršujú to, čo sa nazýva „chýbajúci problém so satelitom“. Problém je v tom, že drobivosť normálnej hmoty v našej galaxii a okolo nej - vo forme trpasličích satelitných galaxií - nezodpovedá drobivosti temnej hmoty, ktorá je viditeľná pri simulácii.
„Astronómovia stále objavujú nové trpasličie galaxie, ale v našej simulácii je ich stále len asi 15, v porovnaní so 120 subhalosami temnej hmoty porovnateľnej veľkosti. Takže ktoré z nich sú hostiteľmi trpasličích galaxií a prečo? “ Povedal Diemand.
Teoretické modely, v ktorých je tvorba hviezd obmedzená na určité typy halosov temnej hmoty - dostatočne masívnych alebo skorých - môžu pomôcť vyriešiť tento rozpor, uviedol Madau.
Aj keď povaha temnej hmoty zostáva záhadou, zdá sa, že predstavuje asi 82 percent hmoty vo vesmíre. V dôsledku toho bol vývoj štruktúry vo vesmíre poháňaný gravitačnými interakciami temnej hmoty. „Normálna“ hmota, ktorá tvorí plyn a hviezdy, sa dostala do „gravitačných studní“ vytvorených zhlukami temnej hmoty, čo viedlo ku vzniku galaxií v strede halos temnej hmoty.
Spočiatku gravitácia pôsobila na malé výkyvy hustoty krátko po Veľkom tresku, aby spojila prvé zhluky temnej hmoty. Hierarchickým zlúčením menších progenitorov sa stali väčšie a väčšie zhluky. Toto je proces, ktorý vedci UCSC simulovali na superpočítači Columbia vo výskumnom stredisku NASA Ames, jednom z najrýchlejších počítačov na svete. Simulácia trvala niekoľko mesiacov, bežala na 300 až 400 procesoroch naraz po dobu 320 000 „cpu-hodín,“ povedal Diemand.
Spoluautor Michael Kuhlen, ktorý začal pracovať na tomto projekte ako postgraduálny študent na UCSC a teraz je v Inštitúte pre pokročilé štúdium v Princetone, uviedol, že vedci stanovili počiatočné podmienky na základe najnovších výsledkov z Wilkinsonovej mikrovlnnej anizotropnej sondy (WMAP). experimentovať. Nové výsledky WMAP, ktoré boli vydané v marci, poskytujú najpodrobnejší obraz všetkých detských vesmírov.
Simulácia začína asi 50 miliónov rokov po Veľkom tresku a počíta interakcie 234 miliónov častíc temnej hmoty počas 13,7 miliárd rokov kozmologického času, aby sa vytvoril halo v rovnakom rozsahu ako Mliečna dráha. Zhluky vnútri halo sú zvyšky fúzií, v ktorých jadrá menších halogénov prežili ako gravitačne viazané subhaly obiehajúce vo väčšom hostiteľskom systéme.
Simulácia priniesla päť masívnych podkľúčov (každý viac ako 30 miliónov násobok hmotnosti Slnka) a mnoho menších v rámci vnútorných 10 percent halo halo. Diemand povedal, že iba jedna známa trpasličia galaxia (Strelec) je taká blízko centra Mliečnej dráhy.
„V tej istej oblasti, kde by bol disk Mliečnej dráhy, sú veľké zhluky temnej hmoty. Takže aj v miestnom susedstve našej slnečnej sústavy môže byť distribúcia temnej hmoty komplikovanejšia, ako sme predpokladali, “uviedol.
Astronómovia môžu byť schopní zistiť zhluky temnej hmoty v halou Mliečnej dráhy pomocou budúcich gama-dalekohľadov, ale iba ak temná hmota pozostáva z typov častíc, ktoré by mohli viesť k emisiám gama žiarenia. Niektorí kandidáti na temnú hmotu - napríklad neutino, teoretická častica predpovedaná teóriou supersymetrie - by mohli zničiť (tj vzájomne sa zničiť) pri zrážkach, čím by sa vygenerovali nové častice a emitovali gama lúče.
"Existujúce gama lúče ďalekohľadov nezistili ničenie temných látok, ale nadchádzajúce experimenty budú citlivejšie, takže existuje určitá nádej, že jednotlivé subhalosá môžu produkovať pozorovateľný podpis," uviedol Kuhlen.
Astronómovia sa tešia najmä na zaujímavé výsledky z vesmírneho teleskopu Gma Ray, ktorý má byť uvedený na trh v roku 2007, uviedol.
Simulácia je tiež užitočným nástrojom pre pozorovacích astronómov študujúcich najstaršie hviezdy v našej galaxii tým, že poskytuje spojenie medzi súčasnými pozorovaniami a skoršími fázami formovania galaxie, uviedol Diemand.
„Prvé malé galaxie sa vytvorili veľmi skoro, asi 500 miliónov rokov po Veľkom tresku, a v našej galaxii sa stále nachádzajú hviezdy, ktoré sa vytvorili v tomto ranom čase, ako fosílny záznam skorej tvorby hviezd. Naša simulácia môže poskytnúť kontext, odkiaľ tieto staré hviezdy pochádzajú a ako skončili v trpasličích galaxiách a na určitých obežných dráhach v hviezdnom halou, “povedal Diemand.
Pôvodný zdroj: UC Santa Cruz News Release
