Φανταστικά φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης τόσο βαρύ όσο η γη και τόσο μεγάλο όσο το ηλιακό μας σύστημα ήταν οι πρώτες δομές που δημιουργήθηκαν στο σύμπαν, σύμφωνα με νέους υπολογισμούς από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης, που δημοσιεύθηκαν στο τεύχος της Φύσης αυτής της εβδομάδας.
Ο δικός μας γαλαξίας εξακολουθεί να περιέχει τετραπλάσια από αυτά τα φωτοστέφανα με ένα που αναμένεται να περνάει από τη Γη κάθε λίγες χιλιάδες χρόνια, αφήνοντας ένα φωτεινό, ανιχνεύσιμο ίχνος ακτίνων γάμμα στο πέρασμα του, λένε οι επιστήμονες. Καθημερινά, αμέτρητα τυχαία σωματίδια σκοτεινής ύλης πέφτουν πάνω στη Γη και μέσα από τα σώματά μας που δεν ανιχνεύονται.
«Αυτά τα φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης ήταν η βαρυτική« κόλλα »που προσέλκυσε τη συνηθισμένη ύλη, επιτρέποντας τελικά στα αστέρια και τους γαλαξίες να σχηματιστούν», δήλωσε ο καθηγητής Ben Moore του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης, συν-συγγραφέας της έκθεσης Nature . «Αυτές οι δομές, τα δομικά στοιχεία όλων που βλέπουμε σήμερα, άρχισαν να σχηματίζονται νωρίς, μόνο περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια μετά τη μεγάλη έκρηξη».
Η σκοτεινή ύλη περιλαμβάνει πάνω από το 80 τοις εκατό της μάζας του σύμπαντος, ωστόσο η φύση του είναι άγνωστη. Φαίνεται να είναι εγγενώς διαφορετικό από τα άτομα που απαρτίζουν την ύλη γύρω μας. Η σκοτεινή ύλη δεν ανιχνεύτηκε ποτέ άμεσα. Η παρουσία του συμπεραίνεται μέσω της βαρυτικής της επιρροής στη συνηθισμένη ύλη.
Οι επιστήμονες της Ζυρίχης βασίστηκαν στον υπολογισμό τους στον κορυφαίο υποψήφιο για σκοτεινή ύλη, ένα θεωρητικό σωματίδιο που ονομάζεται ουδέτερο, το οποίο πιστεύεται ότι δημιουργήθηκε στο big bang. Τα αποτελέσματά τους περιελάμβαναν αρκετούς μήνες αριθμού στροφών στο zBox, έναν νέο υπερυπολογιστή που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης από τους Moore και Drs. Ο Joachim Stadel και ο Juerg Diemand, συν-συγγραφείς της έκθεσης.
«Μέχρι 20 εκατομμύρια χρόνια μετά το big bang, το σύμπαν ήταν σχεδόν ομαλό και ομοιογενές», είπε ο Moore. Αλλά οι μικρές ανισορροπίες στην κατανομή των υλικών επέτρεψαν στη βαρύτητα να δημιουργήσει τη γνωστή δομή που βλέπουμε σήμερα. Περιοχές με υψηλότερη πυκνότητα μάζας προσέλκυσαν περισσότερη ύλη και περιοχές χαμένης ύλης χαμηλότερης πυκνότητας. Η σκοτεινή ύλη δημιουργεί βαρυτικά πηγάδια στο διάστημα και η συνηθισμένη ύλη ρέει σε αυτά. Γαλαξίες και αστέρια άρχισαν να σχηματίζονται ως αποτέλεσμα περίπου 500 εκατομμύρια χρόνια μετά το big bang, ενώ το σύμπαν είναι 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.
Χρησιμοποιώντας τον υπερυπολογιστή zBox που αξιοποίησε τη δύναμη 300 επεξεργαστών Athlon, η ομάδα υπολόγισε πώς οι ουδέτεροι που δημιουργήθηκαν στο big bang θα εξελιχθούν με την πάροδο του χρόνου. Το neutralino υπήρξε εδώ και πολύ καιρό υποψήφιος για «κρύα σκοτεινή ύλη», που σημαίνει ότι δεν κινείται γρήγορα και μπορεί να συγκεντρωθεί για να δημιουργήσει ένα βαρυτικό πηγάδι. Το ουδέτερο δεν έχει ακόμη εντοπιστεί. Αυτό είναι ένα προτεινόμενο «υπερσυμμετρικό» σωματίδιο, μέρος μιας θεωρίας που επιχειρεί να διορθώσει τις ασυνέπειες στο πρότυπο μοντέλο των στοιχειωδών σωματιδίων.
Για τις τελευταίες δύο δεκαετίες οι επιστήμονες πίστευαν ότι οι ουδέτεροι θα μπορούσαν να σχηματίσουν τεράστια φωτοστέφανα σκοτεινής ύλης και να περιβάλλουν ολόκληρους γαλαξίες σήμερα. Αυτό που προέκυψε από τον υπολογισμό του υπερυπολογιστή zBox της ομάδας της Ζυρίχης είναι τρία νέα και βασικά γεγονότα: Τα φωτοστέφανα μάζας γης δημιουργήθηκαν πρώτα. Αυτές οι δομές έχουν εξαιρετικά πυκνούς πυρήνες που επιτρέπουν στα τετραπλάσια να έχουν επιβιώσει στους αιώνες στον γαλαξία μας. Επίσης, αυτά τα «μικροσκοπικά» φωτοστέφανα σκοτεινής ύλης κινούνται μέσω των γαλαξιών του ξενιστή τους και αλληλεπιδρούν με τη συνηθισμένη ύλη καθώς περνούν. Είναι ακόμη πιθανό ότι αυτά τα φωτοστέφανα θα μπορούσαν να διαταράξουν το σύννεφο του Oort πολύ πέρα από τον Πλούτωνα και να στείλουν συντρίμμια μέσω του ηλιακού μας συστήματος.
«Η ανίχνευση αυτών των ουδέτερων αλόγων είναι δύσκολη αλλά δυνατή;», είπε η ομάδα. Τα φωτοστέφανα εκπέμπουν συνεχώς ακτίνες γάμμα, τη μορφή φωτός με την υψηλότερη ενέργεια, οι οποίες παράγονται όταν συγκρούονται ουδέτεροι και αυτοαποκαθίστανται.
«Ένα περασμένο φωτοστέφανο στη ζωή μας (αν είμαστε τόσο τυχεροί), θα ήταν αρκετά κοντά για να βλέπουμε εύκολα ένα φωτεινό ίχνος ακτίνων γάμμα», δήλωσε ο Diemand, τώρα στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Santa Cruz.
Η καλύτερη πιθανότητα ανίχνευσης ουδέτερων, ωστόσο, είναι σε γαλαξιακά κέντρα, όπου η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης είναι η υψηλότερη, ή στα κέντρα αυτών των μεταναστευτικών γαλοζουαζινικών αλογόνων. Οι περιοχές πυκνότητας θα προσφέρουν περισσότερες πιθανότητες συγκρούσεων ουδέτερου και επομένως περισσότερων ακτίνων γάμμα. «Αυτό θα ήταν ακόμη δύσκολο να εντοπιστεί, όπως προσπαθώντας να δούμε το φως ενός κεριού που τοποθετήθηκε στον Πλούτωνα», δήλωσε ο Diemand.
Η αποστολή GLAST της NASA, που έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει το 2007, θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει αυτά τα σήματα εάν υπάρχουν. Τα επίγεια παρατηρητήρια ακτίνων γάμμα όπως το VERITAS ή το MAGIC ενδέχεται επίσης να είναι σε θέση να ανιχνεύσουν ακτίνες γάμμα από αλληλεπιδράσεις ουδέτερου. Τα επόμενα χρόνια ο Large Hadron Collider στο CERN στην Ελβετία θα επιβεβαιώσει ή θα αποκλείσει τις έννοιες της υπερσυμμετρίας.
Εικόνες και κινούμενα σχέδια υπολογιστών ενός ουδέτερου φωτοστέφανου και πρώιμης δομής στο σύμπαν βασισμένο σε προσομοιώσεις υπολογιστών είναι διαθέσιμες στο http://www.nbody.net
Ο Albert Einstein και ο Erwin Schr? Dinger ήταν από τους προηγούμενους καθηγητές που εργάζονταν στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης, οι οποίοι συνέβαλαν ουσιαστικά στην κατανόηση της προέλευσης του σύμπαντος και της κβαντικής μηχανικής. Το έτος 2005 είναι η εκατονταετηρίδα του πιο αξιόλογου έργου του Αϊνστάιν στην κβαντική φυσική και τη σχετικότητα. Το 1905 ο Αϊνστάιν κέρδισε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης και δημοσίευσε τρεις επιστημονικές εργασίες.
Σημείωση για τους συντάκτες: Ο καινοτόμος υπερυπολογιστής που σχεδιάστηκε από τους Joachim Stadel και Ben Moore είναι ένας κύβος 300 επεξεργαστών Athlon που διασυνδέονται από ένα δισδιάστατο δίκτυο υψηλής ταχύτητας από Dolphin / SCI και ψύχεται από ένα κατοχυρωμένο σύστημα ροής αέρα. Ανατρέξτε στη διεύθυνση http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/ για περισσότερες λεπτομέρειες. Ο Stadel, ο οποίος ηγήθηκε του έργου, σημείωσε: «Ήταν τρομακτικό έργο η συγκέντρωση ενός υπερυπολογιστή παγκόσμιας κλάσης από χιλιάδες εξαρτήματα, αλλά όταν ολοκληρώθηκε ήταν ο γρηγορότερος στην Ελβετία και ο υπερυπολογιστής υψηλότερης πυκνότητας στον κόσμο. Ο παράλληλος κωδικός προσομοίωσης που χρησιμοποιούμε χωρίζει τον υπολογισμό διανέμοντας ξεχωριστά μέρη του μοντέλου σύμπαντος σε διαφορετικούς επεξεργαστές. "
Αρχική πηγή: Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής; Δελτίο Τύπου του Πανεπιστημίου της Ζυρίχης
