Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.astrolib.ru/rsn/2006/11/26/
Дата изменения: Unknown
Дата индексирования: Sun Apr 10 02:42:18 2016
Кодировка: Windows-1251
Электронная библиотека астронома-любителя. Книги по астрономии, телескопостроению, оптике.
Дата: 26 ноября 2006 (2006-11-26)
От: Boris Paleev
Тема: Суперкомпьютер информирует: нас окружают темные невидимки
Hello All!
membrana (http://www.membrana.ru/articles/global/2006/11/23/171900.html)
Суперкомпьютер информирует: нас окружают темные невидимки
23 ноября 2006, membrana (staff@membrana.ru)
Темная материя в Млечном пути в наш дни (иллюстрация J. Diemand, M. Kuhlen, P.
Madau).
Американские ученые использовали самый мощный суперкомпьютер NASA для имитации
формирования гало из темной материи, окружающей Млечный путь. Полученная модель
получилась на удивление подробной и поведала много интересного об истории нашей
галактики.
Каждая галактика окружена темной материей. Ее невозможно увидеть при прямом
наблюдении, но убедиться в существовании этой материи можно косвенно - по ее
гравитационному воздействию. Это невидимое для приборов гало намного больше
яркой центральной части и имеет практически сферическую форму.
Hедавние исследования показали, что гало очень "комковатое" по структуре.
Однако, как стало ясно из новой модели, структура гало Млечного пути гораздо
более сложная, чем считалось ранее.
По словам исследователей, обнаружено почти 10 тысяч подструктур меньшего
размера (субгало) - это на порядок больше, чем в любом другом предыдущем
исследовании. А некоторые из субгало, оказывается, имеют еще и собственные
подструктуры - субсубгало. "Теоретически такое предполагалось, но на модели это
было показано впервые ", - говорит профессор университета Калифорнии в
Санта-Круз (University of California Santa Cruz - UCSC) Пьеро Мадо (Piero
Madau), проводивший это исследование.
Распределение темной материи в Млечном пути 13,3 миллиарда лет назад, через 460
миллионов лет после Большого Взрыва. Практически, это начальные условия
моделирования (иллюстрация J. Diemand, M. Kuhlen, P. Madau).
Астроном Юрг Диман (Jurg Diemand) из того же университета сообщил, что
результаты этой работы вновь поднимают вопрос о так называемой "проблеме
недостающего спутника". Проблема эта заключается в том, что "скученность"
материи в нашей галактике и за ее пределами в моделях не соответствует реальным
данным.
"Астрономы продолжают открывать ближайшие карликовые галактики, но таких
объектов известно около 15, тогда как в нашей модели получилось 120 субгало
сопоставимого размера. Так где же находятся их галактики и почему мы их не
видим?.." - увы, Диман, задающий этот вопрос, ответа не знает, да и мы ему
помочь ничем не можем. Действительно, почему же мы их не видим?
Распределение темной материи в Млечном пути в разные периоды. Верхний ряд:
12,8, 12,0 и 10,3 миллиарда лет назад; нижний ряд: 6,8, 3,4 миллиарда лет назад
и настоящее время (иллюстрация J. Diemand, M. Kuhlen, P. Madau).
Пока что природа темной материи остается неизвестной, хотя из нее, по оценкам
ученых, состоит 82% вещества Вселенной. В итоге получается, что именно эта
таинственная и незримая субстанция играет основную роль в масштабных
гравитационных взаимодействиях и развитии галактик.
Их эволюция начинается как раз с того, что "нормальная" материя падает в
"гравитационные колодцы", созданные сгущениями темной материи. Затем она
попадает в их центры, подвергается сжатию со всеми вытекающими последствиями
(разогрев, ядерные реакции) и в дальнейшем дает жизнь галактикам.
Используя астрофизические данные, ученые UCSC воспроизвели механизм
формирования сгустков темной материи. Процесс моделирования длился несколько
месяцев. Оно проводилось на Columbia - самом крутом из суперкомпьютеров NASA,
использовавшем от 300 до 400 процессоров, и заняло 320 тысяч часов
процессорного времени.
Кстати, если верить Диману, работа выполнена на пределе возможностей
современной компьютерной техники.
Четыре самых крупных субгало темной материи в наши дни. Как видно, внутри этих
субгало находятся пятнышки поменьше - субсубгало (иллюстрация J. Diemand, M.
Kuhlen, P. Madau).
Как рассказал соавтор работы Майкл Кален (Michael Kuhlen), для начальных
условий используются самые последние данные, полученные от зонда микроволновой
анизотропии имени Уилкинсона (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - WMAP; мы
уже писали про другие открытия, сделанные с его помощью: I, II, III, IV). В
общем, модель строилась не только из теоретических соображений.
Hачальный момент моделирования - Вселенная в возрасте каких-то 50 миллионов
лет. В этом процессе анализировалось поведение темной материи (условно
обозначенной в виде 234 миллионов частичек) от самого раннего времени до
современного состояния, когда гало Млечного пути сформировалось в своем
нынешнем виде.
Карта распределения гамма-излучения, вызванного, по мнению исследователей,
аннигиляцией в темной материи. Hа врезке слева - направление, противоположное
движению к центру галактики. Справа - самое крупное субгало темной материи
(иллюстрация J. Diemand, M. Kuhlen, P. Madau).
Первоначально отклонения плотности темной материи были незначительными, но со
временем возникли неоднородности, которые позже стали более выраженными. Затем
эти неоднородности начали постепенно формировать сферическое гало. Можете
посмотреть ролик (файл MPG; 4,7 мегабайта) с анимацией этого процесса. Однако
внутри этих неоднородных облаков иногда удается выделить еще меньшие
неоднородности.
В модели гало ученые обнаружили пять массивных субгало (каждое по 30 миллионов
масс Солнца) и множество гало еще меньшего размера, занимающих около 10% всего
объема гало.
Один из участников исследования - Майкл Кален. Hе исключено, что здесь он
иллюстрирует какой-то астрофизический процесс. Возможно, даже вращение
Галактики (фото с сайта ucolick.org).
"В области, где мог бы находиться диск Млечного пути, располагаются большие
скопления темной материи. И распределение темной материи здесь может оказаться
более сложным, чем мы думали", - признался Диман.
Возможно, пронаблюдать темную материю астрономы смогут в будущем с помощью
гамма-телескопов. Правда, только в том случае, если темная материя содержит
такие частицы, при взаимодействии которых излучается рентген. Один из самых
вероятных кандидатов - это нейтралино, элементарные частицы (ими ученые уже
давно интересуются), предсказанные теорией суперсимметрии. Предположительно,
они при некоторых условиях могут аннигилировать, в результате чего будут
появляться долгожданные гамма-кванты.
"Существующие рентгеновские телескопы пока не зарегистрировали аннигиляции в
областях темной энергии, но есть надежда, что когда аппаратура станет
чувствительнее, отдельные субгало смогут проявить себя", - считает Кален.
В частности, астрономы ожидают интересных результатов от большого космического
гамма-телескопа (Gamma-ray Large Area Space Telescope - GLAST), который
отправят на орбиту в следующем году (пусть заодно поищет "местные" черные
дыры).
Часть суперкомпьютера Columbia, использовавшегося для отслеживания эволюции
темной материи (фото NASA Ames Research Center/Tom Trower).
Кстати, модель пригодится не только для получения знаний о пока что невидимых
скоплениях темной материи, но и для изучения самых древних звезд нашей
галактики.
"Первые малые галактики сформировались очень давно - около 500 миллионов лет
после Большого Взрыва. А в нашей галактике до сих пор есть звезды,
сформировавшиеся в то время - эдакие ископаемые звездной эволюции. Hаша
имитация объясняет условия, в которых эти звезды сформировались, и то, как они
попали в карликовые галактики, находящиеся в гало Млечного пути", - подытожил
Диман.
Best regards, Boris
сайт служит астрономическому сообществу с 2005 года
