NASA võimsaim superarvuti on teadlastel aidanud simuleerida Linnutee ümbritsevat tumeda aine halo. See uus arvutisimulatsioon näitab, kuidas tumeaine koondub Linnutee ümbritsevas suuremas haloosas subhalodeks. See on natuke mõistatus, kuna tumeaine ei ühti meid ümbritsevate satelliidigalaktikate galaktikaga.
California ülikooli Santa Cruzi ülikooli teadlased on Linnutee galaktikat ümbritseva tumeaine halo moodustumise ja evolutsiooni simulatsiooni läbiviimiseks kasutanud NASA võimsaimat superarvutit. Nende tulemused näitavad halo allstruktuure enneolematult detailselt, pakkudes väärtuslikku tööriista meie galaktika evolutsiooniajaloo mõistmiseks.
Iga galaktikat ümbritseb salapärase tumeaine halo, mida saab ainult kaudselt tuvastada, jälgides selle gravitatsioonilisi efekte. Nähtamatu halo on palju suurem ja sfäärilisem kui selle keskmes asuv helendav galaktika. Hiljutised arvutisimulatsioonid on näidanud, et halo on üllatavalt kohmakas ja suhteliselt tiheda tumeaine kontsentratsiooniga halo on gravitatsiooniliselt seotud subhalodes. Uus Astrophysical Journalis avaldamiseks heaks kiidetud uuring näitab palju laiemat alamstruktuuri kui ükski varasem uuring.
"Leiame peaaegu 10 000 subhalo, umbes ühe suurusjärgu võrra rohkem kui varasemates simulatsioonides, ja mõnel meie subhalos on" alamstruktuur ". See oli teoreetiliselt ootuspärane, kuid me näitasime seda esimest korda arvulises simulatsioonis," ütles Piero Madau, UCSC astronoomia ja astrofüüsika professor ja paberlehe kaasautor.
UCSC Hubble'i järeldoktori kraadiõppur ja töö esimene autor Jürg Diemand ütles, et uued tulemused süvendavad nn kadunud satelliidiprobleemi. Probleem on selles, et meie galaktikas ja selle ümbruses asuva normaalse matemaatika kohmakus - kääbus-satelliit-galaktikate kujul - ei ühti simulatsioonis nähtud tumeaine kohmakusega.
„Astronoomid avastavad pidevalt uusi kääbusgalaktikaid, kuid meie simulatsioonis on umbes 120 võrreldava suurusega tumeda aine subhaloga ikkagi umbes 15 või enam. Millised neist võõrustavad kääbusgalaktikaid ja miks? ” Ütles Diemand.
Madau ütles, et teoreetilised mudelid, kus tähtede moodustumine on piiratud teatud tüüpi tumeda aine haloridega - piisavalt massiivsed või varakult moodustuvad - võivad aidata lahknevust lahendada.
Ehkki tumeda aine olemus jääb saladuseks, näib see moodustavat umbes 82 protsenti universumi ainest. Selle tagajärjel on struktuuri evolutsioon universumis ajendatud tumeda aine gravitatsioonilistest vastasmõjudest. Gaasi ja tähti moodustav “normaalne” aine on langenud tumeda aine klompide tekitatud gravitatsioonilistesse kaevudesse, tekitades galaktikaid tumeaine haloside keskmetes.
Algselt toimis gravitatsioon väikeste tiheduse kõikumiste korral, mis esinesid vahetult pärast Suurt Pauku, et tõmmata kokku esimesed tumeda aine tükid. Need kasvasid väiksemate progenitorite hierarhilise liitmise kaudu üha suuremateks klompideks. See on protsess, mida UCSC teadlased simuleerisid NASA Amesi uurimiskeskuses asuvas Columbia superarvutis, mis on üks kiiremaid arvuteid maailmas. Simulatsiooni valmimine võttis paar kuud, töötades korraga 300–400 protsessoril 320 000 cpu-tunni jooksul, “ütles Diemand.
Kaasautor Michael Kuhlen, kes asus projekti kallale UCSC kraadiõppurina ja on nüüd Princetoni kõrgtehnoloogia instituudis, ütles, et teadlased seadsid algtingimused Wilkinsoni mikrolaineanisotroopiasondi (WMAP) uusimate tulemuste põhjal. katse. Märtsis avaldatud uued WMAP-i tulemused annavad kõige üksikasjalikuma pildi imiku universumist.
Simulatsioon algab umbes 50 miljoni aasta möödumisel Suurest Paugust ja selle käigus arvutatakse 234 miljoni tumeaineosakese interaktsioonid 13,7 miljardi aasta jooksul kosmoloogilises ajas, et tekitada Linnutee omaga samas mõõtkavas halo. Halo sees olevad klombid on ühinemiste jäänused, milles väiksemate halode tuumad püsisid gravitatsiooniliselt seotud subhalodena, mis tiirlevad suuremas hostisüsteemis.
Simulatsiooni tulemusel saadi viis massiivset subhalo (igaüks rohkem kui 30 miljonit korda Päikese massi kohta) ja palju väiksemaid, mis asuvad peremehe halo sisemise 10 protsendi sees. Kuid Linnutee keskuse lähedal asub ainult üks teadaolev kääbusgalaktika (Ambur), ütles Diemand.
“Samas piirkonnas, kus Linnutee ketas oleks, leidub suuri tumeda aine tükke. Nii et isegi meie päikesesüsteemi kohalikus naabruses võib tumeaine jaotumine osutuda keerukamaks, kui me oleme eeldanud, “sõnas ta.
Astronoomid võivad tulevaste gammakiirguse teleskoopide abil tuvastada Linnutee halos sisalduvaid tumeda aine tükke, kuid ainult siis, kui tumeaine koosneb osakeste tüüpidest, mis põhjustavad gammakiirguse emissiooni. Teatud tumeaine kandidaadid - näiteks neutrosino, supersümmeetria teooria kohaselt ennustatud teoreetiline osake - võivad kokkupõrgetes hävida (see tähendab vastastikku hävitada), tekitades uusi osakesi ja kiirgades gammakiiri.
"Olemasolevad gammakiirgusega teleskoobid ei ole tuumamaterjali hävimist tuvastanud, kuid eelseisvad katsed on tundlikumad, seega on lootust, et üksikud subhalood võivad anda vaadeldava signatuuri," ütles Kuhlen.
Eelkõige ootavad astronoomid huvitavaid tulemusi gammakiirguse kosmoseteleskoobist (GLAST), mis plaanitakse käivitada 2007. aastal, ütles ta.
Diemand ütles ka, et simulatsioon on kasulik vahend vaatlusastronoomidele, kes uurivad meie galaktika vanimaid tähti, pakkudes seost praeguste vaatluste ja galaktikate moodustamise varasemate faaside vahel.
„Esimesed väikesed galaktikad tekkisid väga varakult, umbes 500 miljonit aastat pärast Suurt Pauku ja meie galaktikas on tänased tähed, mis moodustusid just sellisel varasel ajal, nagu fossiilsete varase tähekeste moodustumise andmed. Meie simulatsioon võib anda konteksti selle kohta, kust need vanad tähed pärit on ja kuidas nad tänapäeval kääbusgalaktikatesse ja teatud tähehalli orbiididesse jõudsid, ”ütles Diemand.
Algne allikas: UC Santa Cruzi pressiteade
