Widmowe aureole ciemnej materii tak ciężkiej jak Ziemia i tak dużej jak nasz Układ Słoneczny były pierwszymi strukturami, które powstały we wszechświecie, zgodnie z nowymi obliczeniami naukowców z Uniwersytetu w Zurychu, opublikowanymi w tym tygodniu w numerze Nature.
Naukowcy twierdzą, że nasza własna galaktyka wciąż zawiera kwadryliony tych aureoli, z których jeden ma przepływać Ziemię co kilka tysięcy lat, pozostawiając po sobie jasny, wykrywalny ślad promieni gamma. Z dnia na dzień niezliczone przypadkowe cząstki ciemnej materii padają na Ziemię i przez nasze ciała niezauważone.
„Te halony ciemnej materii były grawitacyjnym„ klejem ”, który przyciągał zwykłą materię, umożliwiając ostatecznie formowanie się gwiazd i galaktyk”, powiedział prof. Ben Moore z Instytutu Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie w Zurychu, współautor raportu o przyrodzie . „Struktury te, będące fundamentem wszystkiego, co widzimy dzisiaj, zaczęły się formować wcześnie, zaledwie około 20 milionów lat po Wielkim Wybuchu”
Ciemna materia stanowi ponad 80 procent masy wszechświata, ale jej natura nie jest znana. Wydaje się, że z natury różni się od atomów, które tworzą materię wokół nas. Ciemna materia nigdy nie została wykryta bezpośrednio; jego obecność wynika z grawitacyjnego wpływu na zwykłą materię.
Naukowcy z Zurychu oparli swoje obliczenia na wiodącym kandydacie do ciemnej materii, teoretycznej cząstce zwanej neutrino, która prawdopodobnie powstała w Wielkim Wybuchu. Ich wyniki obejmowały kilkumiesięczne krachowanie liczb na zBox, nowym superkomputerze zaprojektowanym i zbudowanym na Uniwersytecie w Zurychu przez Moore i Drs. Joachim Stadel i Juerg Diemand, współautorzy raportu.
„Aż do 20 milionów lat po Wielkim Wybuchu wszechświat był prawie gładki i homogeniczny”, powiedział Moore. Jednak niewielkie nierówności w rozkładzie materii pozwoliły grawitacji stworzyć znajomą strukturę, którą widzimy dzisiaj. Regiony o większej gęstości przyciągały więcej materii, a regiony o mniejszej gęstości - materię utraconą. Ciemna materia tworzy studnie grawitacyjne w przestrzeni i wpada do nich zwykła materia. Galaktyki i gwiazdy zaczęły powstawać w wyniku około 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu, podczas gdy wszechświat ma 13,7 miliarda lat.
Korzystając z superkomputera zBox, który wykorzystał moc 300 procesorów Athlon, zespół obliczył, w jaki sposób neutrina tworzone w Wielkim Wybuchu będą ewoluować w czasie. Neutrino od dawna jest ulubionym kandydatem do „zimnej ciemnej materii”, co oznacza, że nie porusza się szybko i może zlepiać się, tworząc studnię grawitacyjną. Neutrino nie zostało jeszcze wykryte. Jest to proponowana „supersymetryczna” cząstka, część teorii, która próbuje naprawić niespójności w standardowym modelu cząstek elementarnych.
Przez ostatnie dwie dekady naukowcy wierzyli, że neutrina mogą tworzyć ogromne halo ciemnej materii i otaczać dziś całe galaktyki. Z obliczeń superkomputera zBox w Zurychu wyłoniły się trzy nowe i istotne fakty: najpierw powstały aureole masy Ziemi; struktury te mają niezwykle gęste rdzenie, dzięki czemu biliardy przetrwały wieki w naszej galaktyce; również te „miniaturowe” halo ciemnej materii przemieszczają się przez galaktyki macierzyste i oddziałują na zwykłą materię. Jest nawet możliwe, że te aureole mogłyby zakłócić kometarną chmurę Oort daleko poza Plutonem i wysłać szczątki przez nasz Układ Słoneczny.
„Wykrywanie tych aureoli neutrino jest trudne, ale możliwe?”, Powiedział zespół. Aureole nieustannie emitują promienie gamma, formę energii o najwyższej energii, która powstaje, gdy neutrina zderzają się i samozniszczą.
„Przemijająca aureola w naszym życiu (gdybyśmy mieli tyle szczęścia), byłaby wystarczająco blisko, abyśmy mogli łatwo zobaczyć jasny ślad promieni gamma”, powiedział Diemand, obecnie z University of California w Santa Cruz.
Jednak najlepsza szansa na wykrycie neutrin znajduje się w centrach galaktycznych, gdzie gęstość ciemnej materii jest najwyższa, lub w centrach migrujących halino neutrin o masie ziemskiej. Regiony gęstsze zapewnią większą szansę na zderzenia neutrino, a tym samym więcej promieni gamma. „Wciąż byłoby to trudne do wykrycia, jak próba zobaczenia światła pojedynczej świecy umieszczonej na Plutonie”, powiedział Diemand.
Misja GLAST NASA, zaplanowana na start w 2007 roku, będzie w stanie wykryć te sygnały, jeśli takie istnieją. Naziemne obserwatoria promieniowania gamma, takie jak VERITAS lub MAGIC, mogą również być w stanie wykryć promienie gamma na podstawie interakcji neutrin. W ciągu najbliższych kilku lat Wielki Zderzacz Hadronów w CERN w Szwajcarii potwierdzi lub wykluczy koncepcje supersymetrii.
Obrazy i animacje komputerowe halo neutrino i wczesnej struktury we wszechświecie na podstawie symulacji komputerowych są dostępne na stronie http://www.nbody.net
Albert Einstein i Erwin Schrödinger byli jednymi z poprzednich profesorów pracujących w Instytucie Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie w Zurychu, którzy wnieśli znaczący wkład w nasze zrozumienie pochodzenia wszechświata i mechaniki kwantowej. Rok 2005 jest stuleciem najbardziej niezwykłego dzieła Einsteina w dziedzinie fizyki kwantowej i teorii względności. W 1905 r. Einstein uzyskał doktorat na Uniwersytecie w Zurychu i opublikował trzy artykuły naukowe.
Uwaga dla redaktorów: Innowacyjny superkomputer zaprojektowany przez Joachima Stadela i Bena Moore'a to sześcian 300 procesorów Athlon połączonych dwuwymiarową szybką siecią Dolphin / SCI i chłodzony opatentowanym systemem przepływu powietrza. Więcej informacji można znaleźć na stronie http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/ Stadel, który kierował projektem, zauważył: „To było zniechęcające zadanie polegające na złożeniu światowej klasy superkomputera z tysięcy komponentów, ale po jego ukończeniu był najszybszy w Szwajcarii i superkomputerem o największej gęstości na świecie. Stosowany przez nas równoległy kod symulacyjny dzieli obliczenia, rozdzielając oddzielne części wszechświata modelu na różne procesory. ”
Oryginalne źródło: Institute for Theoretical Physics? Komunikat prasowy Uniwersytetu w Zurychu
