Il supercomputer più potente della NASA ha aiutato i ricercatori a simulare l'aureola della materia oscura che circonda la Via Lattea. Questa nuova simulazione al computer mostra come la materia oscura si aggreghi in "subhalos" all'interno dell'alone più grande che circonda la Via Lattea. Questo è un po 'un enigma, dal momento che la materia oscura non corrisponde al raggruppamento delle galassie satellitari che ci circondano.
I ricercatori dell'Università della California, Santa Cruz, hanno utilizzato il supercomputer più potente della NASA per eseguire fino ad oggi la più grande simulazione della formazione e dell'evoluzione dell'alone di materia oscura che avvolge la galassia della Via Lattea. I loro risultati mostrano sottostrutture all'interno dell'alone con dettagli senza precedenti, fornendo uno strumento prezioso per comprendere la storia evolutiva della nostra galassia.
Ogni galassia è circondata da un alone di misteriosa materia oscura che può essere rilevata indirettamente solo osservandone gli effetti gravitazionali. L'alone invisibile è molto più grande e più sferico della galassia luminosa al suo centro. Recenti simulazioni al computer hanno dimostrato che l'alone è sorprendentemente scomodo, con concentrazioni relativamente dense di materia oscura in "subhalos" legati gravitazionalmente all'interno dell'alone. Il nuovo studio, che è stato accettato per la pubblicazione sull'Astrophysical Journal, mostra una sottostruttura molto più ampia rispetto a qualsiasi altro studio precedente.
"Troviamo quasi 10.000 subhalos, circa un ordine di grandezza in più rispetto a qualsiasi simulazione passata, e alcuni dei nostri subhalos mostrano" sottostruttura ". Ciò era previsto teoricamente, ma lo abbiamo mostrato per la prima volta in una simulazione numerica", ha detto Piero Madau, professore di astronomia e astrofisica all'UCSC e coautore del documento.
Jürg Diemand, un borsista post-dottorato di Hubble alla UCSC e primo autore del documento, ha affermato che i nuovi risultati esacerbano il cosiddetto "problema del satellite mancante". Il problema è che l'ammasso della materia normale dentro e intorno alla nostra galassia - sotto forma di galassie satellitari nane - non corrisponde all'ammasso della materia oscura vista nella simulazione.
“Gli astronomi continuano a scoprire nuove galassie nane, ma ce ne sono ancora solo una quindicina circa, rispetto a circa 120 subhalos di materia oscura di dimensioni comparabili nella nostra simulazione. Quindi quali ospitano le galassie nane e perché? ” Disse Diemand.
I modelli teorici in cui la formazione stellare è limitata a certi tipi di aloni della materia oscura - sufficientemente massicci o di formazione precoce - possono aiutare a risolvere la discrepanza, ha detto Madau.
Sebbene la natura della materia oscura rimanga un mistero, sembra rappresentare circa l'82 percento della materia nell'universo. Di conseguenza, l'evoluzione della struttura nell'universo è stata guidata dalle interazioni gravitazionali della materia oscura. La materia "normale" che forma gas e stelle è caduta nei "pozzi gravitazionali" creati da ammassi di materia oscura, dando origine a galassie nei centri di aloni di materia oscura.
Inizialmente, la gravità ha agito su lievi fluttuazioni di densità presenti poco dopo il Big Bang per riunire i primi grumi di materia oscura. Questi si sono trasformati in gruppi sempre più grandi attraverso la fusione gerarchica di progenitori più piccoli. Questo è il processo che i ricercatori dell'UCSC hanno simulato sul supercomputer Columbia presso il NASA Ames Research Center, uno dei computer più veloci al mondo. La simulazione ha richiesto un paio di mesi per essere completata, in esecuzione da 300 a 400 processori alla volta per 320.000 "cpu-ora", ha detto Diemand.
Il coautore Michael Kuhlen, che ha iniziato a lavorare al progetto come studente laureato all'UCSC e ora è all'Institute for Advanced Study di Princeton, ha detto che i ricercatori hanno impostato le condizioni iniziali in base ai risultati più recenti della Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) sperimentare. Rilasciati a marzo, i nuovi risultati WMAP forniscono l'immagine più dettagliata di sempre dell'universo infantile.
La simulazione inizia a circa 50 milioni di anni dopo il Big Bang e calcola le interazioni di 234 milioni di particelle di materia oscura in oltre 13,7 miliardi di anni di tempo cosmologico per produrre un alone sulla stessa scala della Via Lattea. I gruppi all'interno dell'alone sono i resti di fusioni in cui i nuclei di aloni più piccoli sono sopravvissuti come subhalos legati gravitazionalmente in orbita all'interno del sistema ospite più grande.
La simulazione ha prodotto cinque enormi subhalos (ciascuno più di 30 milioni di volte la massa del Sole) e molti più piccoli entro il 10 percento interno dell'alone ospite. Eppure solo una galassia nana conosciuta (Sagittario) è così vicina al centro della Via Lattea, ha detto Diemand.
“Ci sono grossi blocchi di materia oscura nella stessa regione in cui si troverebbe il disco della Via Lattea. Quindi, anche nel vicinato locale del nostro sistema solare, la distribuzione della materia oscura potrebbe essere più complicata di quanto abbiamo ipotizzato ", ha detto.
Gli astronomi potrebbero essere in grado di rilevare gruppi di materia oscura all'interno dell'alone della Via Lattea con futuri telescopi a raggi gamma, ma solo se la materia oscura è costituita dai tipi di particelle che darebbero origine alle emissioni di raggi gamma. Alcuni candidati della materia oscura - come il neutralino, una particella teorica predetta dalla teoria della supersimmetria - potrebbero annientare (cioè essere reciprocamente distrutti) in collisioni, generando nuove particelle ed emettendo raggi gamma.
"I telescopi a raggi gamma esistenti non hanno rilevato l'annientamento della materia oscura, ma i prossimi esperimenti saranno più sensibili, quindi c'è qualche speranza che i singoli subhalos possano produrre una firma osservabile", ha detto Kuhlen.
In particolare, gli astronomi attendono con interesse interessanti risultati dal Gamma Ray Large Area Space Telescope (GLAST), previsto per il lancio nel 2007, ha affermato.
La simulazione fornisce anche uno strumento utile per gli astronomi osservatori che studiano le stelle più antiche della nostra galassia fornendo un collegamento tra le osservazioni attuali e le fasi precedenti della formazione della galassia, ha detto Diemand.
“Le prime piccole galassie si sono formate molto presto, circa 500 milioni di anni dopo il Big Bang, e ci sono ancora oggi stelle nella nostra galassia che si sono formate in questo periodo iniziale, come un reperto fossile di formazione stellare precoce. La nostra simulazione può fornire il contesto per la provenienza di quelle vecchie stelle e il modo in cui sono finite nelle galassie nane e in certe orbite nell'aureola stellare oggi ", ha detto Diemand.
Fonte originale: Comunicato stampa UC Santa Cruz
