NASA: n tehokkain supertietokone on auttanut tutkijoita simuloimaan Linnunradan ympärillä olevaa tumman aineen halogeenia. Tämä uusi tietokonesimulaatio osoittaa, kuinka tumma aine rypistyy yhdessä “subhaloihin” Linnunradan ympäröivän suuremman haloalueen sisällä. Tämä on vähän palapeliä, koska tumma aine ei vastaa meitä ympäröivien satelliittigalaktien rypistymistä.
Kalifornian yliopiston, Santa Cruzin, tutkijat ovat käyttäneet NASA: n tehokkainta supertietokonetta suorittamaan tähän mennessä suurin simulointi Linnunradan galaksin ympäröivän tumman aineen halogeenin muodostumisesta ja evoluutiosta. Niiden tulokset osoittavat halorakenteen alirakenteita ennennäkemättömällä yksityiskohtaisuudella tarjoamalla arvokkaan työkalun galaksiamme evoluutiohistorian ymmärtämiseen.
Jokaista galaksia ympäröi salaperäisen tumman aineen halo, joka voidaan havaita vain epäsuorasti tarkkailemalla sen painovoimavaikutuksia. Näkymätön halo on paljon suurempi ja pallomainen kuin sen keskustassa oleva valoisa galaksi. Viimeaikaiset tietokonesimulaatiot ovat osoittaneet, että halo on yllättävän kömpelö, suhteellisen tiheillä tumman aineen pitoisuuksilla halogeenin gravitaatioon sitoutuneissa "subhaloissa". Uusi tutkimus, joka on hyväksytty julkaisemiseen Astrophysical Journal -lehdessä, osoittaa paljon laajemman alirakenteen kuin mikään aikaisempi tutkimus.
"Löydämme lähes 10 000 subhaloa, noin yhden suuruusluokkaa enemmän kuin missään aikaisemmassa simulaatiossa, ja osa subhaloistamme edustaa" alarakennetta ". Tätä odotettiin teoreettisesti, mutta olemme osoittaneet sen ensimmäistä kertaa numeerisessa simulaatiossa", sanoi. Piero Madau, UCSC: n tähtitieteen ja astrofysiikan professori ja lehden avustaja.
JC ¼rg Diemand, Hubblen tutkijatohtori UCSC: ssä ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, kertoi, että uudet tulokset pahentavat niin sanottua puuttuvan satelliitin ongelmaa. Ongelmana on, että galaksissamme ja sen ympäristössä olevan normaalin aineen klumpsi - kääpiösatelliittigalaksejen muodossa - ei vastaa simulaatiossa havaittua tumman aineen ryppyisyyttä.
“Astronomit etsivät jatkuvasti uusia kääpiögalakseja, mutta niitä on edelleen vain noin 15, verrattuna noin 120 vastaavan kokoista tumman aineen subhaloa simulaatiossamme. Joten mitkä isännöivät kääpiögalakseja, ja miksi? " Diemand sanoi.
Teoreettiset mallit, joissa tähtien muodostuminen on rajoitettu tietyntyyppisiin pimeän aineen haloihin - riittävän massiivisiin tai varhaisessa muodossa oleviin - voivat auttaa ratkaisemaan ristiriidat, Madau sanoi.
Vaikka tumman aineen luonne on edelleen mysteeri, näyttää siltä, että sen osuus on noin 82 prosenttia maailmankaikkeuden aineesta. Seurauksena on, että rakenteen kehitystä maailmankaikkeudessa ovat ajaneet tumman aineen gravitaatiovuorovaikutukset. "Normaali" aine, joka muodostaa kaasun ja tähdet, on pudonnut "painovoimakaivoihin", jotka ovat luoneet tumman aineen kohoumat, ja ne ovat synnyttäneet galaksioita pimeän aineen halosien keskuksissa.
Alun perin painovoima vaikutti pieniin tiheysvaihteluihin, jotka esiintyivät pian Ison räjähdyksen jälkeen, vetääkseen yhteen ensimmäiset tumman aineen kohoumat. Ne kasvoivat suuremmiksi ryhmiksi pienempien progenitorien hierarkkisen yhdistämisen kautta. Tämän prosessin UCSC: n tutkijat simuloivat Columbian supertietokoneella NASA Amesin tutkimuskeskuksessa, joka on yksi nopeimmista tietokoneista maailmassa. Simulaation kesti pari kuukautta, ja se suoritettiin 300–400 prosessorilla kerrallaan 320 000 ”cpu-tunnissa”, Diemand kertoi.
Coauthor Michael Kuhlen, joka aloitti projektin työskentelyn jatko-opiskelijana UCSC: ssä ja on nyt Princetonin syventävien tutkimusten instituutissa, kertoi tutkijoiden asettavan alkuolosuhteet Wilkinsonin mikroaaltouuni-anisotrooppisen koettimen (WMAP) viimeisimpien tulosten perusteella. koe. Maaliskuussa julkaistut uudet WMAP-tulokset tarjoavat kaikkien aikojen yksityiskohtaisimman kuvan lapsen maailmankaikkeudesta.
Simulaatio alkaa noin 50 miljoonan vuoden kuluttua isosta räjähdyksestä ja laskee 234 miljoonan tumman aineen hiukkasten vuorovaikutuksen 13,7 miljardin vuoden kosmologisen ajan kuluessa, jotta saadaan halo, joka on samassa mittakaavassa kuin Linnunrata. Klootit halogeenissa ovat fuusioiden jäännöksiä, joissa pienempien halogeenien ytimet selvisivät painovoimaisesti sitoutuneina subhaloina, jotka kiertävät suuremmassa isäntäjärjestelmässä.
Simulaatio tuotti viisi massiivista subhaloa (kukin yli 30 miljoonaa kertaa Auringon massaa) ja monia pienempiä isäntähalon sisäpuolella olevan 10 prosentin sisällä. Silti vain yksi tunnettu kääpiögalaksi (Jousimies) on lähellä Linnunradan keskustaa, Diemand sanoi.
”Samalla alueella, jossa Linnunradan levy olisi, on suuria tumman aineen kohoumia. Joten jopa aurinkokuntamme lähiympäristössä tumman aineen jakautuminen voi olla monimutkaisempaa kuin oletamme ”, hän sanoi.
Tähtitieteilijät saattavat pystyä havaitsemaan pimeän aineen kohoumia Linnunradan halogeenissa tulevien gammasäteen kaukoputkien avulla, mutta vain jos tumma aine koostuu hiukkastyypeistä, jotka aiheuttavat gammasäteilyä. Tietyt tumman aineen ehdokkaat - kuten neutrosino, supersymmetriateorian ennustama teoreettinen hiukkanen - voisivat tuhota (toisin sanoen tuhota keskinäisesti) törmäyksissä, tuottaen uusia hiukkasia ja säteilevän gammasäteitä.
"Nykyisillä gammasäteen kaukoputkeilla ei ole havaittu tumman aineen tuhoamista, mutta tulevat kokeet ovat herkempiä, joten on jonkin verran toivoa, että yksittäiset subhalos saattavat tuottaa havaittavissa olevan allekirjoituksen", Kuhlen sanoi.
Erityisesti tähtitieteilijät odottavat mielenkiintoisia tuloksia gammasäteilyn laajasta avaruusteleskoopista (GLAST), joka on tarkoitus käynnistää vuonna 2007, hän sanoi.
Simulaatio tarjoaa myös hyödyllisen työkalun havainnoiville tähtitieteilijöille, jotka tutkivat galaksiamme vanhimpia tähtiä tarjoamalla linkin nykyisten havaintojen ja galaksien muodostumisen aikaisempien vaiheiden välillä, Diemand kertoi.
”Ensimmäiset pienet galaksit muodostuivat hyvin aikaisin, noin 500 miljoonaa vuotta suuren räjähdyksen jälkeen, ja galaksissamme on vielä tähtiä, jotka muodostuivat tässä varhaisessa vaiheessa, kuten fossiilinen ennätys varhaisesta tähten muodostumisesta. Simulaatiomme voi tarjota kontekstin siitä, mistä nuo vanhat tähdet ovat kotoisin ja miten ne päätyivät kääpiögalakseihin ja tietyille tähtien halo-kiertoradalle ”, Diemand kertoi.
Alkuperäinen lähde: UC Santa Cruzin lehdistötiedote
