Призрачные ореолы темной материи, столь же тяжелые, как Земля, и столь же большие, как наша Солнечная система, были первыми структурами, которые сформировались во Вселенной, согласно новым расчетам ученых из Цюрихского университета, опубликованным в номере журнала Nature на этой неделе.
По словам ученых, наша собственная галактика все еще содержит квадриллионы этих гало, причем один из них будет проходить мимо Земли каждые несколько тысяч лет, оставляя после себя яркий, обнаруживаемый след гамма-лучей. Изо дня в день бесчисленные случайные частицы темной материи падают на Землю и не обнаруживаются в наших телах.
«Эти ореолы темной материи были гравитационным« клеем », который притягивал обычную материю, что в конечном итоге позволяло формироваться звездам и галактикам», - сказал профессор Бен Мур из Института теоретической физики в Цюрихском университете, соавтор доклада о природе. , «Эти структуры, строительные блоки всего, что мы видим сегодня, начали формироваться рано, всего через 20 миллионов лет после большого взрыва».
Темная материя составляет более 80 процентов массы вселенной, но ее природа неизвестна. Кажется, что он по сути отличается от атомов, которые составляют материю вокруг нас. Темная материя никогда не была обнаружена напрямую; его присутствие определяется гравитационным влиянием на обычную материю.
Цюрихские ученые основали свои расчеты на главном кандидате в темную материю, теоретическую частицу под названием нейтралино, которая, как считается, была создана в результате Большого взрыва. Их результаты повлекли за собой несколько месяцев обработки чисел на zBox, новом суперкомпьютере, разработанном и построенном в Цюрихском университете Муром и докторами. Йоахим Штадель и Юрг Диманд, соавторы доклада.
«До 20 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была почти гладкой и однородной», - сказал Мур. Но небольшой дисбаланс в распределении материи позволил гравитации создать привычную структуру, которую мы видим сегодня. Области с более высокой плотностью массы привлекали больше материи, а области с более низкой плотностью теряли вещество. Темная материя создает гравитационные ямы в космосе, и обычная материя течет в них. Галактики и звезды начали формироваться примерно через 500 миллионов лет после Большого взрыва, тогда как Вселенной 13,7 миллиарда лет.
Используя суперкомпьютер zBox, который использовал мощность 300 процессоров Athlon, команда рассчитала, как со временем будут развиваться нейтралино, созданные в результате большого взрыва. Нейтралино долгое время было предпочтительным кандидатом на «холодную темную материю», что означает, что оно не движется быстро и может слипаться, создавая гравитационный колодец. Нейтралино еще не было обнаружено. Это предложенная «суперсимметричная» частица, часть теории, которая пытается исправить несоответствия в стандартной модели элементарных частиц.
В течение последних двух десятилетий ученые полагали, что нейтралино сегодня могут образовывать массивные гало темной материи и охватывать целые галактики. В результате расчетов суперкомпьютера zBox команды Цюриха появились три новых и существенных факта: сначала образовались ореолы массы Земли; эти структуры имеют чрезвычайно плотные ядра, позволяющие квадриллионам пережить века в нашей галактике; также эти «миниатюрные» гало темной материи движутся через свои галактики-хозяева и взаимодействуют с обычной материей, когда они проходят мимо. Возможно даже, что эти гало могут возмущать кометное облако Оорта далеко за Плутоном и посылать обломки через нашу солнечную систему.
«Обнаружение этих ореолов нейтралино сложно, но возможно», - сказали в команде. Гало постоянно испускают гамма-лучи, форму света с наивысшей энергией, которая возникает, когда нейтралино сталкиваются и самоуничтожаются.
«Мимолетный ореол в нашей жизни (если нам повезет) будет достаточно близко, чтобы мы могли легко увидеть яркий след гамма-лучей», - сказал Диманд, который сейчас работает в Калифорнийском университете в Санта-Круз.
Однако наилучший шанс обнаружить нейтралино находится в галактических центрах, где плотность темной материи является самой высокой, или в центрах этих мигрирующих гало нейтралино массы Земли. Более плотные области обеспечат большую вероятность столкновений с нейтралино и, следовательно, больше гамма-лучей. «Это все еще будет трудно обнаружить, например, попытаться увидеть свет единственной свечи на Плутоне», - сказал Диманд.
Миссия НАСА GLAST, запланированная к запуску в 2007 году, сможет обнаруживать эти сигналы, если они существуют. Наземные гамма-обсерватории, такие как VERITAS или MAGIC, также могут обнаруживать гамма-лучи от взаимодействий нейтралино. В ближайшие несколько лет Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе в Швейцарии подтвердит или исключит концепции суперсимметрии.
Изображения и компьютерные анимации ореола нейтралино и ранней структуры во вселенной, основанные на компьютерном моделировании, доступны по адресу http://www.nbody.net.
Альберт Эйнштейн и Эрвин Шредингер были среди предыдущих профессоров, работающих в Институте теоретической физики в Цюрихском университете, которые внесли существенный вклад в наше понимание происхождения Вселенной и квантовой механики. 2005 год - столетие самой замечательной работы Эйнштейна в области квантовой физики и теории относительности. В 1905 году Эйнштейн получил докторскую степень в Цюрихском университете и опубликовал три научных статьи.
Примечание для редакторов: инновационный суперкомпьютер, разработанный Йоахимом Штаделем и Беном Муром, представляет собой куб из 300 процессоров Athlon, соединенных двухмерной высокоскоростной сетью от Dolphin / SCI и охлаждаемых запатентованной системой воздушного потока. Обратитесь к http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/ для получения более подробной информации. Штадель, который руководил проектом, отметил: «Это была сложная задача - собрать суперкомпьютер мирового класса из тысяч компонентов, но по завершении он стал самым быстрым в Швейцарии и суперкомпьютером с самой высокой плотностью в мире. Код параллельного моделирования, который мы используем, разделяет вычисления, распределяя отдельные части вселенной модели по разным процессорам ».
Первоисточник: Институт теоретической физики? Выпуск новостей Цюрихского университета
