NASA의 가장 강력한 슈퍼 컴퓨터는 연구원들이 은하계를 둘러싼 암흑 물질의 후광을 시뮬레이션하는 데 도움이되었습니다. 이 새로운 컴퓨터 시뮬레이션은 은하계를 둘러싼 더 큰 후광 내에서 암흑 물질이 어떻게 "서브 할로"로 응집되는지를 보여줍니다. 암흑 물질이 우리를 둘러싸고있는 위성 은하의 덩어리와 일치하지 않기 때문에 이것은 약간의 퍼즐입니다.
산타 크루즈 캘리포니아 대학교 (University of California) 산타 크루즈 연구원들은 은하계를 둘러싸고있는 암흑 물질 후광의 형성과 진화에 대해 NASA의 가장 강력한 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 가장 큰 시뮬레이션을 실행했습니다. 그들의 결과는 전례없는 세부 사항으로 후광 내의 하부 구조를 보여 주며, 우리 은하의 진화 역사를 이해하는 데 유용한 도구를 제공합니다.
모든 은하계는 신비한 암흑 물질로 둘러싸여 있으며, 이는 중력 효과를 관찰함으로써 간접적으로 만 탐지 할 수 있습니다. 보이지 않는 후광은 중심의 빛나는 은하보다 훨씬 더 크고 구형입니다. 최근의 컴퓨터 시뮬레이션 결과는 후광이 중력 적으로 구속 된 '서브 할로 (subhalos)'에서 상대적으로 밀도가 높은 암흑 물질 농도로 후광이 놀랍게도 뭉친다는 것을 보여 주었다. 천체 물리학 저널에 게재 된 새로운 연구는 이전의 연구보다 훨씬 더 광범위한 하위 구조를 보여줍니다.
“우리는 과거 시뮬레이션에서보다 약 1 배 더 많은 10,000 개의 subhalos를 발견했으며, 일부 subhalo는 'subsubstructure'를 나타냅니다. 이것은 이론적으로 예상되었지만 수치 시뮬레이션에서 처음으로 나타났습니다.” UCSC의 천문학과 천체 물리학 교수이자 논문의 공동 저자 인 Piero Madau.
UCSC의 허블 박사후 연구원이자 논문의 첫 번째 저자 인 죠 르그 다이 만드 (Jürg Diemand)는이 새로운 결과가“누락 위성 문제”로 알려진 것을 악화 시킨다고 말했다. 문제는 왜소 위성 은하의 형태로 우리 은하 내부와 주변의 정상 물질의 덩어리가 시뮬레이션에서 보여지는 암흑 물질의 덩어리와 일치하지 않는다는 것입니다.
“천문학 자들은 새로운 왜소 은하를 계속 발견하지만, 시뮬레이션에서 비슷한 크기의 약 120 개의 암흑 물질 서브 할로와 비교할 때 여전히 약 15 개 정도만 남아 있습니다. 왜 어느 쪽이 왜소 은하를 주최하는지, 왜?” 다이 만드는 말했다.
Madau는 별 형성이 특정 유형의 암흑 물질 후광으로 제한되는 이론적 모델 (충분히 대규모 또는 초기 형성 물질)이 불일치를 해결하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다.
암흑 물질의 본질은 미스터리로 남아 있지만, 우주에서 물질의 약 82 %를 차지하는 것으로 보입니다. 결과적으로, 우주에서 구조의 진화는 암흑 물질의 중력 상호 작용에 의해 주도되었습니다. 가스와 별을 형성하는“정상적인”물질은 암흑 물질 덩어리에 의해 생성 된“중력 우물”로 떨어졌으며, 암흑 물질 후광의 중심에서 은하를 일으켰습니다.
처음에, 중력은 빅뱅 직후에 존재하는 약간의 밀도 변동에 작용하여 암흑 물질의 첫 덩어리를 모았다. 이들은 작은 조상들의 계층 적 병합을 통해 더 크고 더 큰 덩어리로 성장했습니다. 이것은 UCSC 연구원들이 세계에서 가장 빠른 컴퓨터 중 하나 인 NASA Ames Research Center의 Columbia 슈퍼 컴퓨터에서 시뮬레이션 한 과정입니다. Diemand는이 시뮬레이션을 완료하는 데 두 달이 걸렸으며 한 번에 300 ~ 400 개의 프로세서에서 320,000 개의“cpu-hours”를 실행했다고 말했다.
UCSC에서 대학원생으로 프로젝트를 시작했으며 현재 프린스턴의 고급 연구 연구소 (Institute for Advanced Study)에있는 공동 저자 Michael Kuhlen은 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)의 가장 최근 결과를 바탕으로 초기 조건을 설정했다고 말했다. 실험. 3 월에 출시 된 새로운 WMAP 결과는 유아 우주에서 가장 자세한 그림을 제공합니다.
시뮬레이션은 빅뱅 이후 약 5 천만 년에 시작하여 은하수와 같은 규모로 후광을 생성하기 위해 우주적 시간이 137 억 7 천만 년에 걸쳐 2 억 4 천 5 백만 개의 암흑 물질의 상호 작용을 계산합니다. 후광 내의 덩어리는 작은 후광의 코어가 더 큰 호스트 시스템 내에서 공전하는 중력 결합 서브 할로로서 생존 한 합병의 잔재이다.
이 시뮬레이션은 5 개의 거대한 서브 할로 (각각 태양의 3 천만 배 이상)와 호스트 할로의 내부 10 % 내에있는 많은 작은 서브 할로를 생성했습니다. 그러나 드만 프 갤럭시 (Sagittarius)는 은하수 중심 부근에 있다고 알려져있다.
“은하수의 원반과 같은 지역에 암흑 물질 덩어리가 많이 있습니다. 따라서 우리 태양계의 인근 지역에서도 암흑 물질의 분포는 우리가 생각한 것보다 더 복잡 할 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다.
천문학 자들은 미래의 감마선 망원경으로 은하계 후광 내에서 암흑 물질 덩어리를 감지 할 수 있지만, 암흑 물질이 감마선 방출을 일으키는 입자 유형으로 구성된 경우에만 가능합니다. 초대칭 이론에 의해 예측 된 이론적 입자 인 뉴트럴 리노와 같은 특정 암흑 물질 후보는 충돌에서 소멸 (즉, 상호 파괴 될 수 있음)하여 새로운 입자를 생성하고 감마선을 방출 할 수 있습니다.
Kuhlen은“기존의 감마선 망원경은 암흑 물질 소멸을 감지하지 못했지만 다가오는 실험은 더 민감 할 것이므로 개별 서브 할로가 관측 가능한 시그니처를 생성 할 것이라는 희망이있다”고 말했다.
특히 천문학 자들은 2007 년에 출시 될 예정인 감마선 대형 우주 망원경 (GLAST)의 흥미로운 결과를 기대하고 있다고 그는 말했다.
이 시뮬레이션은 또한 현재 관측치와 은하 형성의 초기 단계 사이의 연결을 제공함으로써 우리 은하계에서 가장 오래된 별을 연구하는 관측 천문학 자에게 유용한 도구를 제공한다고 Diemand는 말했다.
“첫 번째 작은 은하들은 빅뱅 이후 약 5 억 년 후에 매우 일찍 형성되었으며, 오늘날 우리 은하에는 초기 별 형성에 대한 화석 기록과 같이 오늘날에도 형성된 별들이 여전히 있습니다. 우리의 시뮬레이션은 그 오래된 별들이 어디에서 왔는지 그리고 왜 그들은 왜소 은하에서 그리고 별의 후광에서 어떤 궤도에있게되었는지에 대한 배경을 제공 할 수 있습니다.”Diemand는 말했다.
원본 출처 : UC Santa Cruz 뉴스 릴리스
