Spökehalor av mörk materia lika tung som jorden och lika stora som vårt solsystem var de första strukturerna som bildades i universumet, enligt nya beräkningar från forskare vid universitetet i Zürich, publicerade i veckans nummer av Nature.
Vår egen galax innehåller fortfarande kvadrillioner av dessa glorier med en som förväntas gå förbi jorden varje tusen år, vilket lämnar ett ljust, detekterbart spår av gammastrålar i dess köl, säger forskarna. Dag till dag regnar otaliga slumpmässiga mörka materialpartiklar ner på jorden och genom våra kroppar oupptäckta.
"Dessa halo av mörk materia var det gravitationella" limet "som lockade vanligt ämne, vilket så småningom gjorde det möjligt att bilda stjärnor och galaxer," säger prof. Ben Moore från Institutet för teoretisk fysik vid universitetet i Zürich, en medförfattare till rapporten Nature . "Dessa strukturer, byggstenarna för allt vi ser idag, började formas tidigt, bara cirka 20 miljoner år efter obehag."
Mörkmaterial utgör över 80 procent av universumets massa, men dess natur är okänd. Det verkar vara väsentligt annorlunda från atomerna som utgör materien runt omkring oss. Mörk materia har aldrig upptäckts direkt; dess närvaro uttalas genom dess gravitationspåverkan på vanlig materia.
Zürich-forskarna baserade sin beräkning på den ledande kandidaten för mörk materia, en teoretisk partikel som kallas en neutralino, som tros ha skapats i big bang. Deras resultat medförde flera månaders antal krossningar på zBox, en ny superdator designad och byggd vid universitetet i Zürich av Moore och Drs. Joachim Stadel och Juerg Diemand, medförfattare om rapporten.
”Fram till 20 miljoner år efter big bang var universum nästan smidigt och homogent?”, Sa Moore. Men små obalanser i materiedistributionen gjorde att gravitationen kunde skapa den välbekanta strukturen som vi ser idag. Regioner med högre massatäthet lockade till sig mer materia, och regioner med lägre densitet förlorade material. Mörk materie skapar gravitationsbrunnar i rymden och vanlig materia flyter in i dem. Galaxer och stjärnor började bildas som ett resultat cirka 500 miljoner år efter big bang, medan universum är 13,7 miljarder år gammalt.
Med hjälp av zBox-superdatorn som utnyttjade kraften hos 300 Athlon-processorer beräknade teamet hur neutralinoer som skapades i big bang skulle utvecklas över tid. Neutralinan har länge varit en gynnad kandidat för "kall mörk materia", vilket innebär att den inte rör sig snabbt och kan klumpa sig samman för att skapa en gravitationsbrunn. Neutrino har ännu inte upptäckts. Detta är en föreslagen "supersymmetrisk" partikel, del av en teori som försöker korrigera inkonsekvenser i standardmodellen för elementära partiklar.
Under de senaste två decennierna har forskare trott att neutralino kan bilda massiva halo av mörk materia och omsluta hela galaxer idag. Det som har framkommit i Zürich-gruppens zBox-superdatorberäkning är tre nya och framstående fakta: Jordmassahalor bildades först dessa strukturer har extremt täta kärnor som möjliggör att fyrdubblar har överlevt åldrarna i vår galax; även dessa ”miniatyr” -haloar för mörk materia rör sig genom sina värdgalaxier och interagerar med vanligt ämne när de passerar. Det är till och med möjligt att dessa halor kan stör den oortiska kungmolnet långt bortom Pluto och skicka skräp genom vårt solsystem.
? Detektering av dessa neutralino-halor är svårt men möjligt? Sa teamet. Haloerna avger ständigt gammastrålar, den högsta energiformen av ljus, som produceras när neutralino kolliderar och självförintas.
"En förbigående glorie under vår livstid (om vi skulle vara så lyckliga) skulle vara tillräckligt nära för att vi lätt kan se en ljus spår av gammastrålar," sade Diemand, nu vid University of California i Santa Cruz.
Den bästa chansen att upptäcka neutralinos är emellertid i galaktiska centra, där densiteten för mörk materia är den högsta, eller i mitten av dessa migrerande jordmassneutralinohalor. Denserregioner ger större chans för neutralino-kollisioner och därmed fler gammastrålar. "Det här skulle fortfarande vara svårt att upptäcka, som att försöka se ljuset på ett enda ljus placerat på Pluto," sade Diemand.
NASA: s GLAST-uppdrag, planerat för lansering 2007, kommer att kunna upptäcka dessa signaler om de finns. Markbaserade gammastråleobservatorier som VERITAS eller MAGIC kan också kunna upptäcka gammastrålar från neutralino-interaktioner. Under de närmaste åren kommer Large Hadron Collider vid CERN i Schweiz att bekräfta eller utesluta begreppen supersymmetri.
Bilder och datoranimationer av en neutralino-halo och tidig struktur i universum baserat på datorsimuleringar finns på http://www.nbody.net
Albert Einstein och Erwin Schr? Dinger var bland de tidigare professorerna som arbetade vid Institutet för teoretisk fysik vid universitetet i Zürich, som gjorde betydande bidrag till vår förståelse av universums ursprung och kvantmekanik. Året 2005 är hundraårsjubileet för Einsteins mest anmärkningsvärda arbete inom kvantfysik och relativitet. År 1905 fick Einstein sin doktorsexamen från universitetet i Zürich och publicerade tre vetenskapliga förändringshandlingar.
Notera till redaktörerna: Den innovativa superdatorn designad av Joachim Stadel och Ben Moore är en kub med 300 Athlon-processorer som är sammankopplade av ett tvådimensionellt höghastighetsnätverk från Dolphin / SCI och kyls av ett patenterat luftflödessystem. Se http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/ för mer information. Stadel, som ledde projektet, konstaterade: ”Det var en skrämmande uppgift att samla en superdator i världsklass från tusentals komponenter, men när den var klar var den den snabbaste i Schweiz och världens superdator med högsta täthet. Den parallella simuleringskoden som vi använder delar upp beräkningen genom att distribuera separata delar av modelluniverset till olika processorer. ”
Ursprungskälla: Institutet för teoretisk fysik? University of Zurich News Release
