Spøkelsesfulle haloer av mørk materie så tung som jorden og så store som vårt solsystem var de første strukturene som ble dannet i universet, ifølge nye beregninger fra forskere ved Universitetet i Zürich, publisert i denne ukens utgave av Nature.
Vår egen galakse inneholder fremdeles firemillioner av disse glorieene, med en som forventes å passere jorden hvert par tusen år, og etterlater et lys, påviselig spor av gammastråler i kjølvannet, sier forskerne. Dag til dag regner utallige tilfeldige partikler av mørk materie ned på jorden og gjennom kroppene våre uoppdaget.
"Disse mørke materiehaloene var tyngdekraften" lim "som tiltrakk seg vanlig materie, og til slutt gjorde det mulig for stjerner og galakser å danne seg," sa prof. Ben Moore ved Institute for Theoretical Physics ved University of Zurich, en medforfatter på Nature-rapporten . "Disse strukturene, byggesteinene til alt vi ser i dag, begynte å danne seg tidlig, bare rundt 20 millioner år etter big bang."
Mørk materie utgjør over 80 prosent av universets masse, men dens natur er ukjent. Det ser ut til å være forskjellig fra atomene som utgjør saken rundt oss. Mørk materie har aldri blitt oppdaget direkte; dens nærvær utledes av dens gravitasjonspåvirkning på vanlig materie.
Zürich-forskerne baserte beregningen sin på den ledende kandidaten for mørk materie, en teoretisk partikkel kalt en nøytralino, som antas å være opprettet i big bang. Resultatene deres innebar flere måneders antall knusing på zBox, en ny superdatamaskin designet og bygget ved University of Zurich av Moore og Drs. Joachim Stadel og Juerg Diemand, medforfattere om rapporten.
”Inntil 20 millioner år etter big bang, var universet nesten glatt og homogent?” Sa Moore. Men små ubalanser i sakens fordeling tillot tyngdekraften å skape den kjente strukturen som vi ser i dag. Regioner med høyere massetetthet tiltrakk seg mer materie, og regioner med lavere tetthet mistet stoff. Mørk materie skaper gravitasjonsbrønner i rommet og vanlig materie strømmer inn i dem. Galakser og stjerner begynte å danne seg som et resultat omtrent 500 millioner år etter big bang, mens universet er 13,7 milliarder år gammelt.
Ved å bruke zBox-superdatamaskinen som utnyttet kraften til 300 Athlon-prosessorer, beregnet teamet hvordan nøytralinoer som ble opprettet i big bang, ville utvikle seg over tid. Neutralinoen har lenge vært en favorittkandidat for "kald mørk materie", noe som betyr at den ikke beveger seg raskt og kan klumpe seg sammen for å skape en gravitasjonsbrønn. Neutralinoen er ennå ikke blitt oppdaget. Dette er en foreslått "supersymmetrisk" partikkel, del av en teori som prøver å rette opp uoverensstemmelser i standardmodellen for elementære partikler.
I løpet av de siste to tiårene har forskere trodd at nøytralino kan danne enorme mørke stoffer haloer og omslutte hele galakser i dag. Det som har kommet frem fra Zürich-teamets zBox-superdataarberegning, er tre nye og fremtredende fakta: Jordmassehaloer dannet først disse strukturene har ekstremt tette kjerner som gjør at firedoblinger har overlevd tidene i galaksen vår; også disse “miniatyr” mørke materiehaloene beveger seg gjennom vertsgalaksen og samhandler med vanlig stoff når de går forbi. Det er til og med mulig at disse haloene kan forstyrre Oort-skyen langt utenfor Pluto og sende rusk gjennom solsystemet vårt.
"Deteksjon av disse nøytralinohaloene er vanskelig, men mulig?", Sa teamet. Haloene avgir stadig gammastråler, den høyest energiske formen for lys, som produseres når nøytralino kolliderer og ødelegger seg selv.
"En forbigående glorie i vår levetid (skulle vi være så heldig), ville være nær nok til at vi lett kunne se et lys spor av gammastråler," sa Diemand, nå ved University of California i Santa Cruz.
Den beste sjansen for å oppdage nøytralino er imidlertid i galaktiske sentre, der tettheten av mørk materie er den høyeste, eller i sentrene til disse vandrende jordmasse nøytralino-haloer. Denserregioner vil gi større sjanse for nøytralino kollisjoner og dermed flere gammastråler. "Dette vil fremdeles være vanskelig å oppdage, som å prøve å se lyset fra et enkelt stearinlys plassert på Pluto," sa Diemand.
NASAs GLAST-oppdrag, planlagt for lansering i 2007, vil være i stand til å oppdage disse signalene hvis de eksisterer. Jordbaserte gammastråleobservatorier som VERITAS eller MAGIC kan også være i stand til å oppdage gammastråler fra nøytralino-interaksjoner. I løpet av de neste årene vil Large Hadron Collider ved CERN i Sveits bekrefte eller utelukke begrepene supersymmetri.
Bilder og datamaskinanimasjoner av en nøytralino-glorie og tidlig struktur i universet basert på datasimuleringer er tilgjengelige på http://www.nbody.net
Albert Einstein og Erwin Schr? Dinger var blant de tidligere professorene som arbeidet ved Institutt for teoretisk fysikk ved Universitetet i Zürich, som ga betydelige bidrag til vår forståelse av universets opprinnelse og kvantemekanikk. Året 2005 er hundreårsdagen for Einsteins mest bemerkelsesverdige arbeid innen kvantefysikk og relativitet. I 1905 oppnådde Einstein sin doktorgrad fra Universitetet i Zürich og publiserte tre vitenskapsendrende artikler.
Merknad til redaksjonen: Den innovative superdatamaskinen designet av Joachim Stadel og Ben Moore er en kube på 300 Athlon-prosessorer som er koblet sammen av et todimensjonalt høyhastighetsnettverk fra Dolphin / SCI og avkjølt av et patentert luftstrømsystem. Se http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/ for mer informasjon. Stadel, som ledet prosjektet, bemerket: “Det var en skremmende oppgave å samle en superdatamaskin i verdensklasse fra tusenvis av komponenter, men da den ble fullført var den den raskeste i Sveits og verdens superdatamaskin med høyeste tetthet. Den parallelle simuleringskoden vi bruker deler opp beregningen ved å distribuere separate deler av modelluniverset til forskjellige prosessorer. ”
Originalkilde: Institutt for teoretisk fysikk? University of Zurich News Release
