NASA visspēcīgākais superdators ir palīdzējis pētniekiem simulēt tumšās matērijas halo, kas ieskauj Piena ceļu. Šī jaunā datora simulācija parāda, kā tumšā viela saliekas kopā “subhalos” lielākajā halo, kas apņem Piena Ceļu. Tas ir nedaudz mīkla, jo tumšā matērija neatbilst satelītu galaktiku salipumam, kas mūs ieskauj.
Kalifornijas Universitātes Santakrusas pētnieki ir izmantojuši NASA jaudīgāko superdatoru, lai līdz šim veiktu līdz šim lielāko simulāciju tumšās vielas halo veidošanās un evolūcijas simulācijai, kas apņem Piena Ceļa galaktiku. Viņu rezultāti bezprecedenta detaļās parāda halo struktūras apakšstruktūras, nodrošinot vērtīgu instrumentu mūsu galaktikas evolūcijas vēstures izpratnei.
Katru galaktiku ieskauj noslēpumainas tumšās matērijas halo, kuru var atklāt tikai netieši, novērojot tā gravitācijas efektus. Neredzamais halo ir daudz lielāks un sfēriskāks par gaismas centrā esošo galaktiku. Jaunākās datorsimulācijas ir parādījušas, ka halogēns ir pārsteidzoši neveikls ar relatīvi blīvu tumšās vielas koncentrāciju gravitācijas izteiksmē piesaistītajos “subhalos” halo. Jaunais pētījums, kurš ir pieņemts publicēšanai Astrophysical Journal, parāda daudz plašāku apakšstruktūru nekā jebkurš iepriekšējais pētījums.
"Mēs atrodam gandrīz 10 000 subhalos, apmēram par vienu pakāpi vairāk nekā jebkādās iepriekšējās simulācijās, un daži no mūsu subhalos eksponē" substruktūru ". Tas tika gaidīts teorētiski, bet mēs to pirmo reizi parādījām skaitliskā simulācijā," sacīja Piero Madau, UCSC astronomijas un astrofizikas profesors un darba līdzautors.
Jørg Diemand, Habla pēcdoktorantūras students UCSC un pirmais darba autors, sacīja, ka jaunie rezultāti saasina tā dēvēto “trūkstošo satelīta problēmu”. Problēma ir tā, ka parastās vielas saliekamība mūsu galaktikā un ap to - punduru satelīta galaktiku formā - neatbilst simulācijā redzētajai tumšās vielas saliekamībai.
“Astronomi turpina atklāt jaunas punduru galaktikas, taču joprojām ir tikai apmēram 15 vai mazāk, salīdzinot ar aptuveni simtiem tumša vielas subhaloiem, kuru izmērs ir līdzīgs. Kurus no tiem saimnieko punduru galaktikas, un kāpēc? ” Diemands teica.
Madau sacīja, ka teorētiskie modeļi, kuros zvaigžņu veidošanās ir ierobežota ar dažiem tumšās vielas halo veidiem - pietiekami masīviem vai agrīni veidojošiem -, var palīdzēt novērst neatbilstību.
Lai arī tumšās matērijas būtība joprojām ir noslēpums, šķiet, ka tā veido apmēram 82 procentus no Visuma matērijas. Tā rezultātā struktūras attīstību Visumā ir virzījusi tumšās vielas gravitācijas mijiedarbība. “Parastā” viela, kas veido gāzi un zvaigznes, ir iekritusi “gravitācijas iedobēs”, ko rada tumšās vielas salikumi, radot galaktikas tumšās matērijas halos centros.
Sākotnēji gravitācija reaģēja uz nelielām blīvuma svārstībām, kas notika neilgi pēc lielā sprādziena, lai savāktu pirmos tumšās vielas salipumus. Ar mazāku ciltstēvu hierarhisku apvienošanu tie kļuva par lielākiem un lielākiem salikumiem. Tas ir process, ko UCSC pētnieki simulēja Kolumbijas superdatorā NASA Ames pētījumu centrā - vienā no ātrākajiem datoriem pasaulē. Simulācijas pabeigšana aizņēma pāris mēnešus, un tajā vienlaikus varēja darboties no 300 līdz 400 procesoriem 320 000 “cpu-stundās”, sacīja Diemands.
Koautors Maikls Kuhlens, kurš sāka darbu pie projekta kā UCSC maģistrants un tagad atrodas Papildu studiju institūtā Prinstonā, sacīja, ka pētnieki sākotnējos nosacījumus uzstādījuši, pamatojoties uz jaunākajiem Wilkinson mikroviļņu anizotropijas zondes (WMAP) rezultātiem. eksperimentēt. Jaunie WMAP rezultāti, kas izlaisti martā, sniedz visu laiku sīkāko priekšstatu par zīdaiņa Visumu.
Simulācija sākas apmēram 50 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena, un tiek aprēķināta 234 miljonu tumšās vielas daļiņu mijiedarbība 13,7 miljardu gadu kosmoloģiskā laika laikā, lai iegūtu halozi tādā pašā mērogā kā Piena ceļš. Sabrukumi halo sastāvā ir apvienošanās paliekas, kurās mazāku halosu kodoli izdzīvoja kā gravitācijas ierobežojoši subhalozi, kas riņķo lielākās saimnieku sistēmas ietvaros.
Simulācijas rezultātā tika izveidoti pieci masīvi subhalo (katrs vairāk nekā 30 miljoni reižu pārsniedz Saules masu) un daudzi mazāki subhalo iekšējos 10 procentos no saimnieka halo. Diemands sacīja, ka tikai viena zināmā punduru galaktika (Strēlnieks) atrodas tuvu Piena ceļa centram.
“Tajā pašā reģionā, kur būtu Piena Ceļa disks, ir lieli tumšās vielas salikumi. Tātad pat mūsu Saules sistēmas vietējā apkārtnē tumšās vielas izplatīšana var būt sarežģītāka, nekā mēs esam pieņēmuši, ”viņš sacīja.
Astronomi, iespējams, varēs noteikt tumšās vielas salikumus Piena Ceļa halo ar nākamajiem gamma staru teleskopiem, bet tikai tad, ja tumšā viela sastāv no daļiņu veidiem, kas izraisītu gamma starojuma izstarošanu. Daži tumšās vielas kandidāti, piemēram, neitrīno, teorētiska daļiņa, kas prognozēta ar supersimetrijas teoriju, varētu iznīcināt (tas ir, savstarpēji iznīcināties) sadursmēs, ģenerējot jaunas daļiņas un izstaro gamma starus.
"Esošie gamma staru teleskopi nav atklājuši tumšās vielas iznīcināšanu, taču gaidāmie eksperimenti būs jutīgāki, tāpēc ir zināma cerība, ka atsevišķi subhalos var radīt novērojamu parakstu," sacīja Kuhlen.
Īpaši astronomi cer uz interesantiem rezultātiem no Gamma Ray lielā platuma kosmiskā teleskopa (GLAST), kuru plānots uzsākt 2007. gadā, viņš sacīja.
Simulācija nodrošina arī noderīgu rīku novērošanas astronomiem, kuri pēta vecākās zvaigznes mūsu galaktikā, nodrošinot saikni starp pašreizējiem novērojumiem un galaktiku veidošanās agrākajām fāzēm, sacīja Diemands.
“Pirmās mazās galaktikas izveidojās ļoti agri, apmēram 500 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena, un joprojām mūsu galaktikā ir zvaigznes, kas izveidojās šajā agrīnajā laikā, piemēram, fosilā ieraksts par agrīnu zvaigžņu veidošanos. Mūsu simulācija var sniegt kontekstu, no kurienes nāk šīs vecās zvaigznes un kā tās šodien nonāca punduru galaktikās un noteiktos orbītā zvaigžņu halo halo, ”sacīja Diemands.
Oriģinālais avots: UC Santa Cruz ziņu izlaidums
