Aloni spettrali di materia oscura pesanti come la terra e grandi quanto il nostro sistema solare sono state le prime strutture a formarsi nell'universo, secondo i nuovi calcoli degli scienziati dell'Università di Zurigo, pubblicati nel numero di Nature di questa settimana.
La nostra galassia contiene ancora quadrilioni di questi aloni con uno che dovrebbe passare sulla Terra ogni poche migliaia di anni, lasciando dietro di sé una scia luminosa e rilevabile di raggi gamma, dicono gli scienziati. Giorno dopo giorno, innumerevoli particelle di materia oscura casuali piovono sulla Terra e attraverso i nostri corpi non rilevati.
"Questi alone di materia oscura erano la" colla "gravitazionale che attirava la materia ordinaria, consentendo alla fine di formare stelle e galassie", ha affermato il prof. Ben Moore dell'Istituto di fisica teorica dell'Università di Zurigo, coautore del rapporto Nature . "Queste strutture, i mattoni di tutto ciò che vediamo oggi, hanno iniziato a formarsi presto, solo circa 20 milioni di anni dopo il big bang."
La materia oscura comprende oltre l'80 percento della massa dell'universo, ma la sua natura è sconosciuta. Sembra essere intrinsecamente diverso dagli atomi che compongono la materia che ci circonda. La materia oscura non è mai stata rilevata direttamente; la sua presenza è dedotta dalla sua influenza gravitazionale sulla materia ordinaria.
Gli scienziati di Zurigo hanno basato i loro calcoli sul principale candidato per la materia oscura, una particella teorica chiamata neutralino, che si pensava fosse stata creata nel big bang. I loro risultati hanno comportato diversi mesi di scricchiolii numerici su zBox, un nuovo supercomputer progettato e costruito all'Università di Zurigo da Moore e Drs. Joachim Stadel e Juerg Diemand, coautori del rapporto.
"Fino a 20 milioni di anni dopo il big bang, l'universo era quasi liscio e omogeneo", ha detto Moore. Ma lievi squilibri nella distribuzione della materia hanno permesso alla gravità di creare la struttura familiare che vediamo oggi. Le regioni a maggiore densità di massa hanno attirato più materia e le regioni a bassa densità hanno perso materia. La materia oscura crea pozzi gravitazionali nello spazio e la materia ordinaria vi scorre dentro. Galassie e stelle hanno iniziato a formarsi come risultato circa 500 milioni di anni dopo il big bang, mentre l'universo ha 13,7 miliardi di anni.
Utilizzando il supercomputer zBox che sfruttava la potenza di 300 processori Athlon, il team ha calcolato come i neutrini creati nel big bang si sarebbero evoluti nel tempo. Il neutralino è da tempo un candidato privilegiato per la "materia oscura fredda", il che significa che non si muove velocemente e può raggrupparsi per creare un pozzo gravitazionale. Il neutralino non è stato ancora rilevato. Questa è una particella "supersimmetrica" proposta, parte di una teoria che tenta di correggere le incongruenze nel modello standard di particelle elementari.
Negli ultimi due decenni gli scienziati hanno creduto che i neutralinos potessero formare enormi aloni di materia oscura e avvolgere intere galassie oggi. Ciò che è emerso dal calcolo del supercomputer zBox del team di Zurigo sono tre fatti nuovi e salienti: gli aloni di massa terrestre si sono formati per primi; queste strutture hanno nuclei estremamente densi che consentono ai quadrilioni di sopravvivere ai secoli della nostra galassia; anche queste aloni "in miniatura" di materia oscura si muovono attraverso le loro galassie ospiti e interagiscono con la materia ordinaria mentre passano. È anche possibile che questi aloni possano perturbare la nuvola cometaria dell'Oort ben oltre Plutone e inviare detriti attraverso il nostro sistema solare.
"Il rilevamento di questi aloni di neutralino è difficile ma possibile", ha detto il team. Gli aloni emettono costantemente raggi gamma, la forma di luce a più alta energia, che viene prodotta quando i neutinos si scontrano e si auto-annichiliscono.
"Un alone passante nella nostra vita (dovremmo essere così fortunati), sarebbe abbastanza vicino per consentirci di vedere facilmente una scia luminosa di raggi gamma", ha detto Diemand, ora all'Università della California a Santa Cruz.
La migliore possibilità di rilevare i neutralinos, tuttavia, è nei centri galattici, dove la densità della materia oscura è la più alta, o nei centri di questi aloni di neutralino di massa terrestre migratori. Le regioni più dense forniranno una maggiore possibilità di collisioni neutralino e quindi più raggi gamma. "Questo sarebbe ancora difficile da rilevare, come cercare di vedere la luce di una singola candela posizionata su Plutone", ha detto Diemand.
La missione GLAST della NASA, prevista per il lancio nel 2007, sarà in grado di rilevare questi segnali se presenti. Gli osservatori di raggi gamma a terra come VERITAS o MAGIC potrebbero anche essere in grado di rilevare i raggi gamma dalle interazioni neutralino. Nei prossimi anni il Large Hadron Collider al CERN in Svizzera confermerà o escluderà i concetti di supersimmetria.
Le immagini e le animazioni al computer di un alone di neutralino e le prime strutture nell'universo basate su simulazioni al computer sono disponibili su http://www.nbody.net
Albert Einstein e Erwin Schr? Dinger erano tra i precedenti professori che lavoravano presso l'Istituto di fisica teorica dell'Università di Zurigo, che hanno dato un contributo sostanziale alla nostra comprensione dell'origine dell'universo e della meccanica quantistica. L'anno 2005 è il centenario dell'opera più notevole di Einstein in fisica quantistica e relatività. Nel 1905 Einstein ottenne il dottorato all'Università di Zurigo e pubblicò tre articoli che cambiarono la scienza.
Nota per i redattori: l'innovativo supercomputer progettato da Joachim Stadel e Ben Moore è un cubo di 300 processori Athlon collegati tra loro da una rete bidimensionale ad alta velocità di Dolphin / SCI e raffreddati da un sistema di flusso d'aria brevettato. Fare riferimento a http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/ per maggiori dettagli. Stadel, che ha guidato il progetto, ha osservato: “È stato un compito scoraggiante assemblare un supercomputer di classe mondiale da migliaia di componenti, ma quando è stato completato è stato il più veloce in Svizzera e il supercomputer più denso del mondo. Il codice di simulazione parallelo che usiamo divide il calcolo distribuendo parti separate dell'universo modello a processori diversi. "
Fonte originale: Institute for Theoretical Physics? Comunicato stampa dell'Università di Zurigo
