Grudnjaci tamne materije na mliječnom putu?

Superračunalo izračunava gdje bi svemirski teleskop trebao izgledati

Fermi gama-zračni promatrač za tragove tamne materije © NASA
čitati naglas

Međunarodni tim astrofizičara demonstrirao je s jednim od najvećih europskih superračunala gdje NASA-in najnoviji satelitski opservatorij treba potražiti da otkrije tajanstvenu tamnu tvar. Kako je izvijestio Nature, potraga za signalima gama zraka takvih nakupina tamne materije u središtu Mliječnog puta bila bi nepovoljna, ali obećavajuća u orbiti.

Nasin teleskop Fermi koji već nekoliko mjeseci skenira nebo pomoću gama zraka, tijekom sljedećih nekoliko godina može otkriti slab sjaj tamne materije. Dok je njihov gravitacijski učinak otkriven prije više od 75 godina, tamna tvar ostaje nevidljiva svim teleskopima, iako čini oko 85 posto svemičke materije. Međutim, pod pravim uvjetima, ova nova vrsta elementarnih čestica mogla bi proizvesti dovoljno gama zraka koje bi detektirao teleskop Fermi. Pored toga, akcelerator čestica „Veliki hadronski sudarač“ (LHC) u blizini Ženeve treba pronaći dokaze za to.

Simulacija pomaže u pronalaženju smjera

Ali gdje treba postaviti Fermi teleskop da se vidi gama-zračenje potpisa tamne materije? Astrofizičari iz Njemačke, Ujedinjenog Kraljevstva, Kanade i Nizozemske, koji su udružili snage kako bi formirali „Konzorcij Djevica“, sada su simulirali stvaranje tamnih materija koje okružuju galaksiju poput naše galaksije Mliječni put koristeći izuzetno moćan superračunal u računalnom centru Leibniz u Garchingu.

Halo sudara kvržice

Takvi Halosi su više od trilijuna puta masivniji od našeg Sunca i predstavljaju osnovne jedinice kozmičke strukture. Halo Mliječnog puta vjerojatno je nastao nizom masivnih sudara mnogo manjih kvrga koji su izlazili iz Velikog praska i zatim se spojili. Većina ih je rastrgana, ali neki su preživjeli proces. Najveće od njih sada su dom poznatih satelitskih galaksija kao što su Magelanski oblaci ili Galaktika patuljaka u strijelcu. Ostale su kvržice bile premale da bi se zvijezde mogle pojaviti. Ali astronomi sumnjaju da se još uvijek kriju u halu naše galaksije, iako ga još nije otkrio niti jedan teleskop.

Projektirana gustoća tamne materije u simuliranoj galaksiji veličine Mliječnog puta. Bezbroj komadića tamne materije kruži u halu galaksije. Njihovi gusti centri emitiraju visokoenergetsko gama zračenje, koje nastaje međusobnim uništavanjem čestica tamne materije. Institut za astrofiziku Max Planck

Galaktički centar nije baš pogodan za pretraživanje

Gama zrake nastaju u područjima visoke gustoće tamne materije kada se čestice sudaraju i unište. Mnogi kozmolozi pretpostavljaju da bi Fermi teleskop trebao tražiti gama zrake iz satelita Mliječne staze, jer su njihovi centri vrlo gusti. Međutim, simulacije tima Djevice pokazuju da to nije najbolje mjesto za pogledati. Pažljivi izračuni znanstvenika pokazuju da bi se signali najlakše mogli otkriti u područjima Mliječne staze koja se nalaze u orbiti Sunca oko galaktičkog središta, ali ne preblizu. prikaz

Pogledati ravno u centar bila bi loša strategija za Fermi teleskop. Signal bi mogao biti pogođen gama zrakama iz drugih izvora, poput ostataka supernova ili plinskih oblaka, u kojima se oblikuju zvijezde. Umjesto toga, znanstvenici preporučuju potražiti 10 do 30 stupnjeva izvan središta. Tamna materija trebala bi tamo zasjati u jednolično promjenjivom i karakterističnom obrascu.

Gama zrake sadrže grudice tamne materije

Ako bi teleskop zapravo otkrio predviđenu emisiju iz jednoličnog unutarnjeg haloa Mliječnog puta, tada bi, ako imamo sreće, mogao otkriti i gama zrake iz malih ( i inače nevidljive) kvržice tamne materije, za koje se dogodi da su vrlo blizu sunca ", objašnjava Volker Springel iz Instituta za astrofiziku Maxa Plancka u MPC-u Garching, koji koristi računalni proračun . nadzora.

Te će kvržice biti mnogo blijeđe od glavnih hala, ali bi se još mogle otkriti. Poznate satelitske galaksije bile bi vidljive i u gama zrakama, iako je njihovo otkriće još teže zbog veće udaljenosti. Simulacija je zahtijevala ukupno 3, 5 milijuna računalnih sati. "Ponekad sam mislio da nikad neće završiti", kaže Springel.

Najveća astronomska zagonetka

"Ovi proračuni nam konačno omogućuju da vidimo kako bi trebala izgledati raspodjela tamne tvari blizu sunca", objašnjava Simon White, direktor Instituta Max Planck za astrofiziku. Razloga rješavanja tamne materije jedno je od najvećih znanstvenih dostignuća našeg vremena. Znakovito je da se čak i teorijski napredak na tako važnom području postiže u međunarodnoj suradnji ", rekao je Carlos Frenk, direktor Instituta za računalnu kozmologiju na Sveučilištu Durham.

Znanstvenici Instituta Max Planck za astrofiziku u Njemačkoj, Institut za računalnu kozmologiju na Sveučilištu Durham u Velikoj Britaniji, Sveučilište Victoria u Kanadi i Sveučilište Groningen u Sjedinjenim Državama bili su rad konzorcija Virgo Uključen u Nizozemsku. Financirala ga je društvo Max Planck, računski centar Leibniz, nagrada Kraljevskog društva Wolfson Research Merit Award i Vijeće za znanost i tehnologiju.

(MPG, 06.11.2008. - NPO)