О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Украина | Свидетели Иеговы
Читайте нас:
Доступное в России зеркало Граней: https://grani-ru-org.appspot.com/Society/Science/m.114774.html

статья Субгало, которые явно темнят

Максим Борисов, 23.11.2006
Реклама
справка Справка

Темное вещество

Темное вещество (dark matter) составляет приблизительно 23% массового-энергетического "бюджета" Вселенной. Нормальное вещество, материал звезд, планет и людей, вносит только 4%. (Остальную часть Вселенной составляет еще более таинственная вещь, названная темной энергией - dark energy)

Некоторая малая часть темного вещества была уже идентифицирована и больше не является тайной. Трудноуловимые частицы нейтрино, про которые когда-то думали, что они имеют массу покоя, равную нулю, подобно фотонам, теперь признаны имеющими некий ненулевой вес и составляют часть этого самого "бюджета". Холодные мертвые звезды, найденные недавно в большом количестве, также вносят свой скромный вклад в этот общий зачет.

12 миллиардов лет назад Вселенная была гораздо компактнее, чем сейчас, все ее вещество содержалось в области размером 2,6 миллиона световых лет. С тех пор в космосе стало гораздо просторнее, но некоторая часть невидимой материи сохранилась в столь же концентрированном виде и сформировала обширный ореол Млечного пути. Иллюстрация: J Diemand/M Kuhlen/P Madau/UCSC с сайта New Scientist

Американские астрофизики из Калифорнийского университета в Санта-Крузе (University of California, Santa Cruz - UCSC) воспользовались самым мощным суперкомпьютером NASA, принадлежащим Исследовательскому центру имени Эймса (Ames Research Center), для того, чтобы наиболее точно смоделировать процессы формирования и эволюции ореола из темной материи, окружающего нашу галактику Млечный путь. Начальные условия были выбраны в соответствии с уточненными данными, полученными от зонда для исследования анизотропии микроволнового фона WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), которые были обнародованы в марте этого года. В качестве отправного пункта фигурировало состояние Вселенной, прожившей свои первые 50 миллионов лет после Большого взрыва. На основе этого состояния вычислялось взаимодействие между 234 миллионами частиц темного вещества на протяжении более чем 13,7 миллиарда лет космологического времени, что и позволило получить аналог того ореола, каковым должен был бы обзавестись Млечный путь. Моделирование потребовало нескольких месяцев работы и мощности 300-400 процессоров (что эквивалентно 320 тысячам "однопроцессорных" часов). Таким образом удалось не только "разглядеть" в беспрецедентных деталях очертания ореола, но и сделать кое-какие выводы об эволюции собственно видимого светящегося галактического вещества.

Уже известно, что практически каждая галактика окружена "шубой" из таинственного темного вещества, однако присутствие этой материи может быть выявлено только косвенными методами - путем изучения эффектов, вызванных гравитационным взаимодействием с обычным (барионным) веществом или с излучением. Истинная природа темного вещества все еще остается тайной, хотя и известно, что на его долю приходится примерно 82 процента всей материи Вселенной. Возможно, астрономы в будущем смогут выявить скопления темного вещества в пределах ореола Млечного пути с помощью гамма-телескопов, но это произойдет лишь в том случае, если темное вещество хотя бы частично состоит из частиц, способных порождать гамма-излучение (например, если это окажутся гипотетические пока нейтралино (neutralino) - частицы, предсказанные в соответствии с теорией суперсимметрии - нейтралино могут взаимоуничтожаться при столкновениях с испусканием гамма-квантов). Пока подобное гамма-излучение не обнаружено, но современным инструментам, возможно, просто не хватает чувствительности. Астрономы ожидают интересных результатов от космической обсерватории GLAST (Gamma Ray Large Area Space Telescope), работающей в гамма-диапазоне, запуск этого телескопа NASA наметило на 2007 год. Если не получится с гамма-излучением, останется уповать на эффекты микролинзирования (искажение изображений удаленных звезд, вызванное гравитацией в данном случае скоплений темной материи)

Невидимый ореол (гало) гораздо обширней видимой светящейся галактики, которая размещается в самой сердцевине почти сферического "кокона" из темной материи. Компьютерные модели показывают, что более плотных концентраций темного вещества в этом ореоле следует ожидать в центральной его части, где расположены так называемые субгало ('subhalos'). Новая работа, выполненная под руководством Юрга Дайменда (Jürg Diemand, публикация предпринята в "Астрофизическом журнале" (Astrophysical Journal - ApJ)), демонстрирует наличие намного более обширной субструктуры, чем это было в каком-либо предыдущем исследовании (соответствующую мультипликацию можно скачать отсюда - MPEG, 4,6 МБ).

"Мы находим почти 10 тысяч субгало, на порядок больше, чем в ходе любого предыдущего моделирования... Это было предсказано теоретически, но нам это впервые удалось показать в ходе компьютерной симуляции", - пояснил один из соавторов статьи, профессор астрономии и астрофизики из UCSC Пьеро Мадау (Piero Madau). Поперечник каждого такого субгало составляет по крайней мере несколько тысяч световых лет.

А Юрг Дайменд указывает на то, что их новые результаты обостряют ситуацию с так называемой "проблемой недостачи спутников" ("missing satellite problem"). Эта проблема заключается в том, что количество скоплений нормального светящегося вещества в окрестностях нашей Галактики - в форме карликовых спутниковых галактик - не соответствует количеству скоплений темного вещества, получаемых согласно компьютерным моделям: "Астрономы продолжают поиски новых карликовых галактик, однако до сих пор удалось обнаружить всего лишь около 15 таких галактик, что не идет ни в какое сравнение с теми 120 субгало из темной материи, что должны появиться, если верить результатам нашего моделирования. Почему такой разрыв в числах - пока еще неясно..."

Так, моделирование заставляет говорить сразу о пяти возможных сверхмассивных субгало (каждое из которых превосходит массу 30 миллионов солнц) и множестве более мелких структур, заключенных в пределах внутреннего (10 процентов от общей величины) ореола галактики-хозяйки. Однако в реальности на таком расстоянии от центра Галактики наблюдается всего лишь одна-единственная карликовая галактика (Стрелец). Не исключено, что обширные скопления темного вещества в ближайших галактических окрестностях все же присутствуют, но не сопровождаются видимыми спутниковыми галактиками. Возможно также и то, что даже в окрестностях нашей Солнечной системы распределение темного вещества может быть более сложным, чем мы привыкли считать.

Новое моделирование может также снабдить астрономов-наблюдателей полезным инструментом для поиска самых старых звезд в нашей Галактике - сформировавшихся спустя 500 миллионов лет после Большого взрыва. Ведь в рамках модели можно проследить, как эти "звездные окаменелости" возникли и где таятся теперь - в карликовых ли галактиках, на определенных галактических орбитах, в ореоле из рассеянных звезд...

На иллюстрации:
12 миллиардов лет назад Вселенная была гораздо компактнее, чем сейчас, все ее вещество содержалось в области размером 2,6 миллиона лет. С тех пор в космосе стало гораздо просторнее, но некоторая часть невидимой материи сохранилась в столь же концентрированном виде и сформировала обширный ореол Млечного пути. Иллюстрация: J Diemand/M Kuhlen/P Madau/UCSC с сайта New Scientist

Источники:
Supercomputer study shows Milky Way's halo of dark matter in unprecedented detail - UC Santa Cruz - Press Release
Milky Way's dark matter modelled in best detail yet - New Scientist

Ссылки:
Гало темной материи с массой порядка земной как первые структуры в ранней Вселенной - Обзоры препринтов astro-ph
Мини-гало с массой Земли разрушаются приливами из-за тесных сближений со звездами - Обзоры препринтов astro-ph
Носители скрытой массы в Галактике и в галактических окрестностях - "Астронет"

Максим Борисов, 23.11.2006


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама



Выбор читателей