מחשב העל החזק ביותר של נאס"א עזר לחוקרים לדמות את הילת החומר האפל העוטף את שביל החלב. הדמיה ממוחשבת חדשה זו מראה כיצד החומר האפל מתלכד ל"סובלות "בתוך ההילה הגדולה יותר סביב שביל החלב. זה קצת פאזל, מכיוון שהחומר האפל לא תואם את התהפכות של גלקסיות הלוויין הסובבות אותנו.
חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז, השתמשו במחשב העל החזק ביותר של נאס"א כדי להריץ את הסימולציה הגדולה ביותר עד כה להיווצרותה ולהתפתחותה של הילה החומר האפל שעוטפת את גלקסיית שביל החלב. תוצאותיהם מראות מבנים בתוך ההילה בפירוט חסר תקדים, ומספקים כלי חשוב להבנת ההיסטוריה האבולוציונית של הגלקסיה שלנו.
כל גלקסיה מוקפת הילה של חומר אפל מסתורי שניתן לגלות רק בעקיפין על ידי התבוננות בהשפעות הכבידה שלה. ההילה הבלתי נראית גדולה וכדורית בהרבה מהגלקסיה הזוהרת שבמרכזה. הדמיות ממוחשבות אחרונות הראו שההילה מסורבלת באופן מפתיע, עם ריכוזים צפופים יחסית של חומר אפל ב"סאבלו "בכבידה בכבידה בתוך ההילה. המחקר החדש, שהתקבל לפרסום בכתב העת Astrophysical, מראה על מבנה נרחב בהרבה מכל מחקר קודם.
"אנו מוצאים כמעט 10,000 תת-האלו, בערך סדר גודל גדול יותר מאשר בכל סימולציות בעבר, וכמה מהסאב-האלו שלנו מציגים 'תת-מבנה'. זה היה צפוי באופן תיאורטי, אך הראינו זאת לראשונה בסימולציה מספרית," אמר פיירו מדאו, פרופסור לאסטרונומיה ואסטרופיסיקה ב- UCSC ושותף לעיתון.
ג'ורג דימאמן, עמית פוסט-דוקטורט של האבל ב- UCSC וסופר ראשון של העיתון, אמר שהתוצאות החדשות מחמירות את מה שמכונה "בעיית הלוויין החסרה." הבעיה היא שהגושם של החומר הרגיל בגלקסיה שלנו ובסביבתה - בצורה של גלקסיות לווייניות ננסיות - אינו תואם את הגוש של החומר האפל שנראה בהדמיה.
"אסטרונומים מגלים כל העת גלקסיות גמדיות חדשות, אך עדיין יש רק כ -15 בערך, לעומת כ -120 תת-חלואים של חומר אפל בגודל דומה בסימולציה שלנו. אז אילו מארחות את גלקסיות הגמדים, ומדוע? " דיאמנד אמר.
מדאו, מודלים תיאורטיים שבהם היווצרות הכוכבים מוגבלת לסוגים מסוימים של הילות של חומר אפל - מספיק מסיביים או מתעוררים מוקדמים - עשויים לעזור לפתור את ההתאמה.
למרות שטבעם של החומר האפל נותר בגדר תעלומה, נראה שהוא מהווה כ 82 אחוז מהחומר ביקום. כתוצאה מכך, התפתחות המבנה ביקום מונעת על ידי אינטראקציות הכבידה של החומר האפל. החומר ה"רגיל "היוצר גז וכוכבים נפל ל"בארות הכבידה" הנוצרים על ידי גושי חומר אפל, מה שמוליד גלקסיות במרכזי הילות החומר האפל.
בתחילה, כוח הכבידה פעל על תנודות צפיפות קלות שנמצאו זמן קצר לאחר המפץ הגדול כדי למשוך יחד את הגושים הראשונים של החומר האפל. אלה גדלו לגושים גדולים יותר וגדולים יותר באמצעות מיזוג היררכי של אבות קטנים יותר. זהו התהליך שחוקרי UCSC הדמו על מחשב העל קולומביה במרכז המחקר של איימס, נאס"א, אחד המחשבים המהירים בעולם. ההדמיה לקחה כמה חודשים להשלמתה, והפעילה 300 עד 400 מעבדים בכל פעם במשך 320,000 "מעבד שעות עבודה", אמר דיאמן.
השותף מייקל קהלן, שהחל לעבוד על הפרויקט כסטודנט לתארים מתקדמים באוניברסיטת UCSC וכעת נמצא במכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון, אמר כי החוקרים קבעו את התנאים הראשוניים על סמך התוצאות האחרונות של בדיקת האיסוטרופיה במיקרוגל ווילקינסון (WMAP). ניסוי. תוצאות ה- WMAP שפורסמו במרץ מספקות את התמונה המפורטת ביותר אי פעם על יקום התינוקות.
ההדמיה מתחילה בערך 50 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול ומחשבת את האינטראקציות של 234 מיליון חלקיקים של חומר אפל במשך 13.7 מיליארד שנות זמן קוסמולוגי כדי לייצר הילה באותה סולם כמו של שביל החלב. הגושים בתוך ההילה הם שרידי מיזוגים בהם גרעין של הילות קטנות יותר שרדו כאשר תת-חלואים כבולים בכבידה מסתובבים במערכת המארחת הגדולה יותר.
ההדמיה הפיקה חמישה תת-חלואים מסיביים (כל אחד מהם יותר מ -30 מיליון מכמות השמש) ורבים מהם קטנים יותר בתוך 10 האחוזים הפנימיים של ההילה המארחת. עם זאת, רק גלקסיית גמדים ידועה אחת (קשת) היא הקרובה למרכז שביל החלב, אמר דיאמן.
"יש גושים גדולים של חומר אפל באותו אזור בו היה הדיסק של שביל החלב. כך שגם בשכונה המקומית של מערכת השמש שלנו, התפלגות החומר האפל עשויה להיות מסובכת יותר מכפי שהנחנו, "אמר.
אסטרונומים אולי יוכלו לאתר גושים של חומר אפל בתוך הילה של שביל החלב בעזרת טלסקופים קרניים-גאמא עתידיות, אך רק אם החומר האפל מורכב מסוגי החלקיקים שיולידו פליטת קרני גאמא. מועמדים מסוימים של חומר אפל - כמו הניטראלינו, חלקיק תיאורטי שחזה תיאוריית העל-סימטריה - עלולים להשמיד (כלומר, להיהרס הדדית) בהתנגשויות, לייצר חלקיקים חדשים ופולטות קרני גאמה.
"טלסקופים קיימים מקרני גמא לא זיהו את השמדת החומר האפל, אך הניסויים הקרובים יהיו רגישים יותר, כך שיש תקווה כי תת-חלואים פרטניים עשויים לייצר חתימה ניתנת לצפייה", אמר קהלן.
בפרט, אסטרונומים מצפים לתוצאות מעניינות מטלסקופ החלל הגדול "גמא ריי" (GLAST) המתוכנן לשיגור בשנת 2007, אמר.
הסימולציה מספקת גם כלי שימושי לאסטרונומים תצפיתיים החוקרים את הכוכבים העתיקים ביותר בגלקסיה שלנו על ידי מתן קישור בין תצפיות נוכחיות ושלבים מוקדמים יותר של היווצרות הגלקסיה, אמר דימאן.
"הגלקסיות הקטנות הראשונות נוצרו מוקדם מאוד, בערך 500 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול, ועדיין יש כיום גלקסיות כוכבים שהתגבשו בתקופה מוקדמת זו, כמו תיעוד מאובנים של היווצרות כוכבים מוקדמת. הסימולציה שלנו יכולה לספק את ההקשר למקום ממנו הגיעו הכוכבים הוותיקים וכיצד הם הגיעו לגלקסיות ננסיות ובמסלולי מסלול מסוימים בהילה הכוכבית כיום, "אמר דיאמאן.
המקור המקורי: UC סנטה קרוז מהדורת החדשות
