Siêu máy tính mạnh nhất của NASA, đã giúp các nhà nghiên cứu mô phỏng vầng hào quang của vật chất tối bao quanh Dải Ngân hà. Mô phỏng máy tính mới này cho thấy vật chất tối tụ lại với nhau như thế nào trong bộ phận phụ của Hồi giáo trong phạm vi quầng sáng lớn hơn bao quanh Dải Ngân hà. Đây là một câu đố nhỏ, vì vật chất tối không phù hợp với sự đóng băng của các thiên hà vệ tinh bao quanh chúng ta.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Santa Cruz, đã sử dụng siêu máy tính mạnh nhất của NASA để chạy mô phỏng lớn nhất cho đến nay về sự hình thành và tiến hóa của vầng hào quang vật chất tối bao trùm dải ngân hà. Kết quả của họ cho thấy các cấu trúc bên trong vầng hào quang chi tiết chưa từng có, cung cấp một công cụ có giá trị để hiểu lịch sử tiến hóa của thiên hà chúng ta.
Mọi thiên hà được bao quanh bởi một quầng sáng của vật chất tối bí ẩn chỉ có thể được phát hiện gián tiếp bằng cách quan sát các hiệu ứng hấp dẫn của nó. Quầng sáng vô hình lớn hơn nhiều và hình cầu hơn thiên hà phát sáng ở trung tâm của nó. Các mô phỏng máy tính gần đây đã chỉ ra rằng quầng sáng bị vón cục một cách đáng ngạc nhiên, với nồng độ vật chất tối tương đối dày đặc trong subhalos ràng buộc trong vầng hào quang. Nghiên cứu mới, đã được chấp nhận để công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn, cho thấy cấu trúc mở rộng hơn nhiều so với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây.
Chúng tôi tìm thấy gần 10.000 subhalos, nhiều hơn một bậc so với bất kỳ mô phỏng nào trước đây và một số subhalos của chúng tôi trưng bày 'cấu trúc con.' Điều này được dự đoán về mặt lý thuyết, nhưng lần đầu tiên chúng tôi đã cho thấy nó trong một mô phỏng số. Piero Madau, giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn tại UCSC và là đồng tác giả của bài báo.
Jürg Diemand, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Hubble tại UCSC và là tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết kết quả mới làm trầm trọng thêm vấn đề được gọi là vấn đề vệ tinh mất tích. Vấn đề là sự vón cục của vật chất bình thường trong và xung quanh thiên hà của chúng ta dưới dạng các thiên hà vệ tinh lùn không phù hợp với sự lộn xộn của vật chất tối nhìn thấy trong mô phỏng.
Các nhà thiên văn học liên tục khám phá các thiên hà lùn mới, nhưng vẫn chỉ có khoảng 15 hoặc hơn, so với khoảng 120 subhalos vật chất tối có kích thước tương đương trong mô phỏng của chúng tôi. Vậy cái nào chứa các thiên hà lùn, và tại sao? Diễm nói.
Các mô hình lý thuyết trong đó sự hình thành sao bị hạn chế ở một số loại vật chất tối halosifer đủ lớn hoặc hình thành sớm, có thể giúp giải quyết sự khác biệt, Madau nói.
Mặc dù bản chất của vật chất tối vẫn là một bí ẩn, nhưng nó dường như chiếm khoảng 82% vật chất trong vũ trụ. Kết quả là sự tiến hóa của cấu trúc trong vũ trụ đã được thúc đẩy bởi các tương tác hấp dẫn của vật chất tối. Vật chất bình thường của người Hồi giáo tạo thành khí và các ngôi sao đã rơi vào giếng hấp dẫn của người Hồi giáo được tạo ra bởi các khối vật chất tối, tạo ra các thiên hà ở trung tâm của quầng sáng vật chất tối.
Ban đầu, lực hấp dẫn tác động lên các dao động mật độ nhẹ xuất hiện ngay sau Vụ nổ lớn để tập hợp các khối vật chất tối đầu tiên lại với nhau. Chúng phát triển thành các cụm lớn hơn và lớn hơn thông qua sự hợp nhất phân cấp của các tổ tiên nhỏ hơn. Đây là quá trình các nhà nghiên cứu của UCSC mô phỏng trên siêu máy tính Columbia tại Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA, một trong những máy tính nhanh nhất thế giới. Việc mô phỏng mất vài tháng để hoàn thành, chạy trên 300 đến 400 bộ xử lý cùng một lúc trong 320.000 giờ cpu, giờ Diễm nói.
Đồng tác giả Michael Kuhlen, người bắt đầu thực hiện dự án với tư cách là nghiên cứu sinh tại UCSC và hiện đang ở Viện nghiên cứu nâng cao ở Princeton, cho biết các nhà nghiên cứu đặt ra các điều kiện ban đầu dựa trên kết quả gần đây nhất từ Máy dò dị hướng lò vi sóng Wilkinson (WMAP) thí nghiệm. Được phát hành vào tháng 3, kết quả WMAP mới cung cấp bức tranh chi tiết nhất từng có về vũ trụ trẻ sơ sinh.
Mô phỏng bắt đầu vào khoảng 50 triệu năm sau Vụ nổ lớn và tính toán tương tác của 234 triệu hạt vật chất tối trong 13,7 tỷ năm thời gian vũ trụ để tạo ra quầng sáng có cùng quy mô như Dải Ngân hà. Các khối trong quầng sáng là tàn dư của các vụ sáp nhập, trong đó lõi của các quầng nhỏ hơn tồn tại dưới dạng các subhalos liên kết hấp dẫn quay quanh hệ thống máy chủ lớn hơn.
Mô phỏng đã tạo ra năm subhalos khổng lồ (mỗi khối lượng lớn hơn 30 triệu lần Mặt trời) và nhiều cái nhỏ hơn trong 10% bên trong quầng sáng của vật chủ. Tuy nhiên, chỉ có một thiên hà lùn được biết đến (Sagittarius) ở gần trung tâm dải Ngân hà, Diemand nói.
Có một số lượng lớn vật chất tối trong cùng khu vực nơi có dải Ngân hà. Vì vậy, ngay cả trong khu vực địa phương của hệ mặt trời của chúng ta, việc phân phối vật chất tối có thể phức tạp hơn chúng ta đã giả định, ông nói.
Các nhà thiên văn học có thể phát hiện các khối vật chất tối trong quầng sáng Dải Ngân hà bằng kính viễn vọng tia gamma trong tương lai, nhưng chỉ khi vật chất tối bao gồm các loại hạt sẽ phát ra tia gamma. Một số ứng cử viên vật chất tối khác như neutino, một hạt lý thuyết được dự đoán bởi lý thuyết siêu đối xứng, có thể hủy diệt (nghĩa là bị phá hủy lẫn nhau) trong các va chạm, tạo ra các hạt mới và phát ra tia gamma.
Kính viễn vọng tia gamma hiện tại chưa phát hiện sự hủy diệt vật chất tối, nhưng các thí nghiệm sắp tới sẽ nhạy hơn, do đó, có một số hy vọng rằng các subhalos riêng lẻ có thể tạo ra một chữ ký có thể quan sát được, ông Kuhlen nói.
Đặc biệt, các nhà thiên văn học mong chờ kết quả thú vị từ Kính viễn vọng Không gian Khu vực Lớn Gamma Ray (GLAST), dự kiến ra mắt vào năm 2007, ông nói.
Mô phỏng cũng cung cấp một công cụ hữu ích cho các nhà thiên văn học quan sát nghiên cứu các ngôi sao lâu đời nhất trong thiên hà của chúng ta bằng cách cung cấp một liên kết giữa các quan sát hiện tại và các giai đoạn hình thành thiên hà trước đó, Diemand nói.
Các thiên hà nhỏ đầu tiên hình thành từ rất sớm, khoảng 500 triệu năm sau Vụ nổ lớn và ngày nay vẫn còn những ngôi sao trong thiên hà của chúng ta hình thành vào thời kỳ đầu này, giống như một kỷ lục hóa thạch về sự hình thành sao sớm. Mô phỏng của chúng tôi có thể cung cấp bối cảnh cho những ngôi sao cũ đó đến từ đâu và chúng kết thúc như thế nào trong các thiên hà lùn và trong một số quỹ đạo nhất định trong quầng sao hôm nay, ông Diễmand nói.
Nguồn gốc: UC Santa Cruz Tin tức phát hành
