Nasin najmočnejši superračunalnik je raziskovalcem pomagal simulirati halo temne snovi, ki obdaja Mlečno pot. Ta nova računalniška simulacija prikazuje, kako se temna snov združuje v "podhalose" v večjem halu, ki obdaja Mlečno pot. To je nekoliko uganka, saj se temna snov ne ujema s kopico satelitskih galaksij, ki nas obdajajo.
Raziskovalci kalifornijske univerze v Santa Cruzu so z največjim računalnikom NASA izvedli največji simulator do danes nastanka in razvoja halo temne snovi, ki zajema galaksijo Mlečni pot. Njihovi rezultati prikazujejo podkonstrukcije znotraj halo do zdaj brez podrobnosti, kar predstavlja dragoceno orodje za razumevanje evolucijske zgodovine naše galaksije.
Vsaka galaksija je obdana s halo skrivnostne temne snovi, ki jo je mogoče zaznati le posredno z opazovanjem njenih gravitacijskih učinkov. Nevidna halo je veliko večja in bolj sferična kot svetleča galaksija v njenem središču. Nedavne računalniške simulacije so pokazale, da je halo presenetljivo neroden, z razmeroma gosto koncentracijo temne snovi v gravitacijsko vezanem 'podhalosu' znotraj haloa. Nova študija, ki je bila sprejeta za objavo v Astrophysical Journal, kaže veliko obsežnejšo podstrukturo kot katera koli prejšnja študija.
"Najdemo skoraj 10.000 subhalosov, približno za en red več kot v vseh preteklih simulacijah, nekateri naši podhalosi pa kažejo" podkonstrukcijo ". To je bilo pričakovati teoretično, vendar smo to prvič pokazali v numerični simulaciji," je dejal Piero Madau, profesor astronomije in astrofizike na UCSC in soavtor prispevka.
Jürg Diemand, Hubblejev podoktorski sodelavec pri UCSC in prvi avtor prispevka, je dejal, da novi rezultati poslabšujejo tisto, kar je znano kot "manjkajoči satelitski problem." Težava je v tem, da se okornost normalne materije v naši galaksiji in okoli nje - v obliki pritlikavih satelitskih galaksij - ne ujema z okornostjo temne snovi, ki jo vidimo pri simulaciji.
»Astronomi vedno odkrivajo nove pritlikave galaksije, vendar jih je v primerjavi s približno 120 podhalomi temne snovi primerljive velikosti v naši simulaciji še vedno približno približno 15. Torej kateri gostijo pritlikave galaksije in zakaj? " Diemand je dejal.
Teoretični modeli, pri katerih je nastajanje zvezd omejeno na nekatere vrste halosov temne snovi - dovolj masivni ali zgodnje nastajajoči -, lahko pomagajo odpraviti neskladje, je dejal Madau.
Čeprav narava temne snovi ostaja skrivnost, je videti, da predstavlja približno 82 odstotkov snovi v vesolju. Kot rezultat tega je gibanje strukture v vesolju gnalo gravitacijske interakcije temne snovi. "Normalna" materija, ki tvori plin in zvezde, je padla v "gravitacijske vrtine", ki so jih ustvarili gruče temne snovi, kar je povzročilo galaksije v središčih halonov temne snovi.
Sprva je gravitacija delovala na rahla nihanja gostote, prisotna kmalu po velikem udaru, da so združili prve grude temne snovi. Te so prerasle v večje in večje gruče s hierarhičnim združevanjem manjših potomcev. To je postopek, ki so ga raziskovalci UCSC simulirali na superračunalniku Columbia v raziskovalnem centru NASA Ames, enem najhitrejših računalnikov na svetu. Simulacija je trajala nekaj mesecev, na 300 do 400 procesorjih hkrati pa 320.000 "cpu ur", je dejal Diemand.
Soavtor Michael Kuhlen, ki je začel delati na projektu kot podiplomski študent na UCSC in je zdaj na Inštitutu za napredni študij v Princetonu, je dejal, da so raziskovalci postavili začetne pogoje na podlagi najnovejših rezultatov Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) poskus. Novi rezultati WMAP, objavljeni marca, zagotavljajo najbolj podrobno sliko dojenčkov vesolja.
Simulacija se začne približno 50 milijonov let po velikem udaru in izračuna interakcije 234 milijonov delcev temne snovi v 13,7 milijarde let kozmološkega časa, da nastane halo v istem merilu kot Mlečna pot. Plošče v halu so ostanki združitev, pri katerih so jedra manjših halog preživela kot gravitacijsko vezani podhalomi, ki krožijo v orbiti znotraj večjega gostiteljskega sistema.
Simulacija je ustvarila pet ogromnih podhalosov (vsak več kot 30 milijonov več kot masa Sonca) in veliko manjših znotraj notranjih 10 odstotkov halo gostitelja. Vendar je le ena znana pritlikava galaksija (Strelec) tista blizu središča Mlečne poti, je dejal Diemand.
"V istem predelu, kjer bi bil disk Mlečne poti, so velike grude temne snovi. Tako je tudi v lokalni soseščini našega osončja distribucija temne snovi morda bolj zapletena, kot smo predvidevali, "je dejal.
Astronomi bodo morda lahko odkrivali grude temne snovi v halou Mlečne poti s prihodnjimi teleskopi gama žarkov, vendar le, če temno snov sestavljajo tipi delcev, ki bi povzročili emisije gama žarkov. Določeni kandidati za temno snov - na primer nevtralino, teoretični delci, ki jih predvideva teorija supersimetrije - bi lahko trčili (torej medsebojno uničili) v trkih in ustvarili nove delce ter oddajali gama žarke.
"Obstoječi teleskopi z gama žarki niso zaznali uničevanja temne snovi, vendar bodo prihajajoči poskusi občutljivejši, zato obstaja nekaj upanja, da bodo posamezni podhalomi lahko opazili podpis," je dejal Kuhlen.
Astronomi se še posebej veselijo zanimivih rezultatov vesoljskega teleskopa Gama Ray (GLAST), ki naj bi bil izstreljen leta 2007, je dejal.
Simulacija ponuja tudi uporabno orodje za opazovalne astronome, ki preučujejo najstarejše zvezde naše galaksije, saj zagotavlja povezavo med trenutnimi opazovanji in prejšnjimi fazami tvorbe galaksij, je dejal Diemand.
„Prve majhne galaksije so nastale zelo zgodaj, približno 500 milijonov let po velikem udaru, in še danes so v naši galaksiji zvezde, ki so se oblikovale v tem zgodnjem času, kot fosilni zapis zgodnjega nastajanja zvezd. Naša simulacija lahko ponudi kontekst, od kod prihajajo te stare zvezde in kako so danes končale v pritlikavih galaksijah in na določenih orbitah v zvezdni halo, "je dejal Diemand.
Izvirni vir: UC Santa Cruz News Release
