은하수의 어두운 덩어리?

슈퍼 컴퓨터는 우주 망원경이 보이는 곳을 계산합니다

암흑 물질의 흔적을 찾기위한 페르미 감마선 관측소 © NASA
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국제 천체 물리학 자 팀은 NASA의 최신 위성 관측소가 신비한 암흑 물질을 발견해야하는 유럽 최대의 슈퍼 컴퓨터 중 하나에서 시연했습니다. Nature에보고 된 바와 같이, 은하수 중심에서 이러한 암흑 물질 덩어리의 감마선 신호에 대한 탐색은 바람직하지 않지만 궤도 내에서 유망합니다.

수개월 동안 감마선을 하늘에서 스캔 한 NASA의 Fermi 망원경은 향후 몇 년 동안 희미한 암흑 물질을 감지 할 수 있습니다. 중력 효과가 75 년 전에 발견되었지만 암흑 물질은 모든 우주 물질의 약 85 %를 차지하지만 모든 망원경에는 보이지 않습니다. 그러나 올바른 조건에서이 새로운 유형의 기본 입자는 Fermi 망원경으로 감지하기에 충분한 감마선을 생성 할 수 있습니다. 또한 제네바 근처의 입자 가속기 "Large Hadron Collider"(LHC)는 이에 대한 증거를 찾아야합니다.

방향을 찾는 데 도움이되는 시뮬레이션

그러나 암흑 물질의 감마선 표시를 보려면 Fermi 망원경을 어디에 정렬해야합니까? "Virgo Consortium"을 구성하기 위해 힘을 합친 독일, 영국, 캐나다 및 네덜란드의 천체 물리학 자들은 이제 Garching의 Leibniz Computing Center에서 매우 강력한 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 은하계와 같은 은하계를 둘러싼 암흑 물질 구조의 형성을 시뮬레이션했습니다.

충돌 덩어리의 헤일로

이러한 Halos는 태양보다 1 조 배 이상 크고 우주 구조의 기본 단위를 나타내며, 은하수의 Halo는 아마도 빅뱅 (Big Bang)에서 발생하여 합쳐진 훨씬 작은 덩어리들의 일련의 충돌로 형성되었을 것입니다. 그들 대부분은 찢어졌지만 일부는 그 과정에서 살아 남았습니다. 그중 가장 큰 것은 현재 마젤란 구름 또는 궁수 자리 난쟁이 은하와 같은 알려진 위성 은하의 본거지입니다. 다른 덩어리는 너무 작아서 별이 나오지 못했습니다. 그러나 천문학 자들은 아직 망원경이 발견하지 못했지만 여전히 우리 은하의 후광에 숨어 있다고 의심합니다.

은하수 크기의 시뮬레이션 은하에서 암흑 물질의 예상 밀도. 은하계의 후광에 무수한 암흑 물질 덩어리가 있습니다. 밀도가 높은 센터는 고 에너지 감마 방사선을 방출하는데, 이것은 암흑 물질 입자의 상호 소멸에 의해 생성됩니다. 맥스 플랑크 천체 물리 연구소

은하 중심은 검색에 적합하지 않습니다

감마선은 입자가 충돌하여 파괴 될 때 고밀도 암흑 물질 영역에서 생성됩니다. 많은 우주 론자들은 페르미 망원경이 중심이 밀도가 높기 때문에 은하수의 위성에서 감마선을 찾아야한다고 가정합니다. 그러나 Virgo 팀의 시뮬레이션은 이것이 가장보기 좋은 곳이 아님을 보여줍니다. 과학자들의 신중한 계산에 따르면 은하 중심 주위의 태양 궤도 안에 있지만 은하 중심 부근의 은하계 지역에서 신호를 가장 쉽게 감지 할 수 있음을 알 수 있습니다. 디스플레이

중심을 똑바로 쳐다 보는 것은 Fermi 망원경의 나쁜 전략 일 것입니다. 신호는 별이 형성되는 초신성 또는 가스 구름의 잔해와 같은 다른 출처의 감마선에 의해 발생할 수 있습니다. 대신 과학자들은 중심 바깥에서 10도에서 30도를 찾는 것이 좋습니다. 암흑 물질은 균일하게 변화하고 특징적인 패턴으로 빛을 발해야합니다.

감마선에는 암흑 물질 덩어리가 포함되어 있습니다

망원경이 실제로 은하수의 균일 한 내부 후광에서 예상되는 방출을 감지하면 운이 좋으면 작은 영역에서 감마선도 감지 할 수 있습니다. 태양과 매우 가까운 곳에 발생하는 암흑 물질 덩어리는 "컴퓨터 계산을 사용하는 Garching의 Max Planck Astrophysics (MPA)의 Volker Springel은 설명합니다. 있던 경우에도 마찬가지입니다.

이 덩어리는 주요 후광보다 훨씬 희미하지만 여전히 감지 될 수 있습니다. 알려진 위성 은하들은 감마선에서도 볼 수 있지만, 거리가 멀어 발견하기가 훨씬 어렵다. 시뮬레이션에는 총 350 만 시간의 컴퓨터 시간이 필요했습니다. 스프링 엘은“때로는 그녀가 결코 끝내지 않을 것이라고 생각했다.

최고의 천문 수수께끼

맥스 플랑크 천체 물리 연구소 소장 인 사이먼 화이트 (Simon White)는“이러한 계산을 통해 태양 근처의 암흑 물질 분포가 어떻게 보이는지 알 수있게되었습니다. 암흑 문제를 해결하는 수수께끼는 우리 시대의 가장 위대한 과학적 성과 중 하나입니다. 더럼 대학의 계산 우주론 연구소 소장 인 카를로스 프랭크 (Carlos Frenk)는 이러한 중요한 분야의 이론적 진보조차 국제 협력에서 이루어지고 있음을 주목할 만하다.

독일 막스 플랑크 천체 물리 연구소, 영국 더럼 대학교, 전산 우주 연구소, 캐나다 빅토리아 대학교, 미국 그로 닝겐 대학교 과학자들은 처녀 자리 컨소시엄 네덜란드에 관여. Max Planck Society, Leibniz Computing Center, Royal Society Wolfson Research Merit Award 및 Science and Technology Facilities Council에서 자금을 지원했습니다.

(MPG, 06.11.2008-NPO)