Tumšās vielas kunkuļi piena ceļā?

Superdators aprēķina, kur vajadzētu izskatīties kosmosa teleskopam

Fermi gamma staru observatorija tumšās vielas pēdu meklēšanai © NASA
lasīt skaļi

Starptautiska astrofiziķu komanda tagad ir demonstrējusi kopā ar vienu no lielākajiem Eiropas superdatoriem, kur jāmeklē NASA jaunākajai satelīta observatorijai, lai atklātu noslēpumaino tumšo vielu. Kā ziņots žurnālā Nature, šādu tumšās matērijas gamma staru signālu meklēšana Piena ceļa centrā būtu nelabvēlīga, taču daudzsološa orbītā.

NASA Fermi teleskops, kas vairākus mēnešus skenē debesis gamma stariem, nākamajos gados var atklāt vāju tumšās vielas mirdzumu. Kamēr to gravitācijas efekts tika atklāts pirms vairāk nekā 75 gadiem, tumšā matērija paliek neredzama visiem teleskopiem, kaut arī tā veido apmēram 85 procentus no visas kosmiskās vielas. Tomēr pareizajos apstākļos šis jaunais elementāro daļiņu tips varētu radīt pietiekami daudz gamma staru, lai tos varētu noteikt ar Fermi teleskopu. Turklāt tam jārod pierādījumi par daļiņu paātrinātāju "Large Hadron Collider" (LHC) netālu no Ženēvas.

Simulācija palīdz atrast virzienu

Bet kur Fermi teleskops būtu jāizlīdzina, lai redzētu tumšās matērijas gamma staru? Astrofiziķi no Vācijas, Lielbritānijas, Kanādas un Nīderlandes, kuri ir apvienojuši spēkus, lai izveidotu “Jaunavas konsorciju”, tagad ir simulējuši tumšās matērijas struktūru veidošanos, kas apņem tādu galaktiku kā mūsu Piena ceļa galaktika, izmantojot ārkārtīgi jaudīgu superdatoru Leibnica skaitļošanas centrā Garchingā.

Sadursmes gabalu halo

Šādi Halos ir vairāk nekā triljonu reižu masīvāki nekā mūsu Saule un pārstāv kosmiskās struktūras pamatvienības. Piena ceļa Halo, iespējams, veidoja daudz mazāku gabalu masīvu sadursmju virkne, kas parādījās no Lielā sprādziena un pēc tam saplūda. Lielākā daļa no tām ir saplēstas, bet dažas ir pārdzīvojušas šo procesu. Lielākās no tām tagad dzīvo zināmās satelīta galaktikas, piemēram, Magellanic Clouds vai Strēlnieka punduru galaktika. Citi gabali bija pārāk mazi, lai no tiem varētu parādīties zvaigznes. Bet astronomiem ir aizdomas, ka viņi joprojām slēpjas mūsu galaktikas halo, kaut arī neviens teleskops to vēl nav atklājis.

Paredzētais tumšās vielas blīvums modelētā galaktikā ar Piena Ceļa izmēru. Galaktikas halā aplis ir daudz tumšu vielu gabalu. Viņu blīvie centri izstaro augstas enerģijas gamma starojumu, ko rada savstarpēja tumšās vielas daļiņu iznīcināšana. Maks Planka astrofizikas institūts

Galaktiskais centrs nav ļoti piemērots meklēšanai

Gamma stari rodas reģionos ar lielu tumšās vielas blīvumu, kad daļiņas saduras un tiek iznīcinātas. Daudzi kosmologi uzskata, ka Fermi teleskopam jāmeklē gamma stari no Piena ceļa satelītiem, jo ​​to centri ir ļoti blīvi. Tomēr Jaunavas komandas simulācijas liecina, ka šī nav labākā vieta, kur meklēt. Rūpīgi zinātnieku aprēķini rāda, ka signālus visvieglāk var atklāt Piena ceļa reģionos, kas atrodas Saules orbītā ap galaktikas centru, bet ne pārāk tuvu tam. displejs

Skatīšanās tieši centrā būtu slikta Fermi teleskopa stratēģija. Signālu var dot gamma stari no citiem avotiem, piemēram, supernovu paliekām vai gāzes mākoņiem, kuros veidojas zvaigznes. Tā vietā zinātnieki iesaka meklēt 10 līdz 30 grādus ārpus centra. Tumšajai matērijai tur vajadzētu spīdēt vienmērīgi mainīgā un raksturīgā rakstā.

Gamma stari satur tumšās vielas gabalus

Ja teleskops faktiski uztver paredzamo izstarojumu no Piena ceļa vienveidīgā iekšējā halo, tad, ja mums paveicas, tas varētu noteikt gamma starus arī no maziem ( un citādi neredzami) tumšās vielas gabaliņi, kas notiek ļoti tuvu saulei, "skaidro Volkers Springelis no Makshala Planka astrofizikas institūta (MPA) Garchingā, kurš izmanto datora aprēķinus vised.

Šie kunkuļi būs daudz vājāki nekā galvenais halo, taču tos joprojām varēja noteikt. Zinātās satelīta galaktikas būtu redzamas arī gamma staros, kaut arī to atklāšana ir vēl grūtāka, jo tās ir lielākas. Modelēšanai bija nepieciešami 3, 5 miljoni datoru stundu. "Dažreiz es domāju, ka viņa nekad nepabeigs, " saka Springelis.

Lielākā astronomiskā mīkla

"Šie aprēķini beidzot ļauj mums redzēt, kā vajadzētu izskatīties tumšās vielas sadalījumam netālu no saules, " skaidro Simons Vaits, Maksas Plankas astrofizikas institūta direktors. Tumšās matērijas risināšanas mīkla ir viens no lielākajiem mūsu laika zinātniskajiem sasniegumiem. Jāatzīmē, ka pat starptautiskā sadarbībā tagad tiek sasniegti pat teorētiski sasniegumi tik nozīmīgā jomā, "sacīja Dārhemas universitātes Skaitļošās kosmoloģijas institūta direktors Karloss Frenks.

Jaunavas konsorcija darbs bija zinātnieki Max Planck astrofizikas institūtā Vācijā, Computational Cosmology Institute pie Durham University Apvienotajā Karalistē, Victoria University Kanādā un Groningen University Amerikas Savienotajās Valstīs. Iesaistīts Nīderlandē. To finansēja Maksa Planka biedrība, Leibnica skaitļošanas centrs, Karaliskās biedrības Volfsona Pētniecības nopelnu balva un Zinātnes un tehnoloģijas iespēju padome.

(MPG, 06.11.2008. - NPO)