Zoomer ind på mørkt stof

Kosmologer har zoomet ind på de mindste klumper af mørkt stof i et virtuelt univers - hvilket kunne hjælpe os med at finde den virkelige ting i rummet.

Et internationalt forskerteam, herunder Durham University, Storbritannien, brugt supercomputere i Europa og Kina til at fokusere på en typisk region i et computergenereret univers.

Den zoom, de var i stand til at opnå, svarer til at kunne se en loppe på Månens overflade.

Dette gjorde det muligt for dem at lave detaljerede billeder og analyser af hundredvis af virtuelle klumper af mørkt stof (eller haloer) fra de allerstørste til de mindste.

Mørkt stof partikler kan kollidere med mørkt stof anti-partikler nær midten af ​​haloer, hvor ifølge nogle teorier, de omdannes til et udbrud af energisk gammastråling.

Deres fund, offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Natur , kunne betyde, at disse meget små haloer kunne identificeres i fremtidige observationer ved den stråling, de menes at afgive.

Medforfatter professor Carlos Frenk, Ogden professor i fundamental fysik ved Institute for Computational Cosmology, på Durham University, Storbritannien, sagde:"Ved at zoome ind på disse relativt små mørke stof -haloer kan vi beregne mængden af ​​stråling, der forventes at komme fra forskellige haloer.

"Det meste af denne stråling ville blive udsendt af mørkt stof-haloer, der er for små til at indeholde stjerner, og fremtidige gammastråleobservatorier vil muligvis kunne detektere disse emissioner, gør disse små genstande individuelt eller kollektivt 'synlige'.

"Dette ville bekræfte den hypotesemæssige natur af det mørke stof, som måske ikke er helt mørkt alligevel."

Det meste af stoffet i universet er mørkt (bortset fra den gammastråling, de udsender under ekstraordinære omstændigheder) og helt anderledes i naturen end det stof, der udgør stjerner, planeter og mennesker.

Universet er lavet af cirka 27 procent mørkt stof, mens resten stort set består af den lige så mystiske mørke energi. Normal sag, såsom planeter og stjerner, udgør relativt små fem procent af universet.

Galakser dannedes og voksede, når gas afkøledes og kondenserede i midten af ​​enorme klumper af dette mørke stof - såkaldte mørkt stof-haloer.

Astronomer kan udlede strukturen af ​​store mørkt stof-haloer ud fra egenskaberne af galakserne og gassen i dem.

De største glorier indeholder enorme samlinger af hundredvis af lyse galakser, kaldet galaksehobe, vejer 1, 000 billioner gange mere end vores sol.

Imidlertid, videnskabsmænd har ingen direkte information om mindre glorier af mørkt stof, der er for små til at indeholde en galakse. Disse kan kun studeres ved at simulere universets udvikling i en stor supercomputer.

De mindste menes at have samme masse som Jorden ifølge aktuelle populærvidenskabelige teorier om mørkt stof, der ligger til grund for den nye forskning.

Simuleringerne blev udført ved hjælp af Cosmology Machine supercomputeren, del af DiRAC High-Performance Computing-faciliteten i Durham, finansieret af Science and Technology Facilities Council (STFC), og computere på det kinesiske videnskabsakademi.

Ved at zoome ind på det virtuelle univers i så mikroskopiske detaljer, forskerne var i stand til at studere strukturen af ​​mørkt stof-haloer, der varierede i masse fra Jordens til en stor galaksehob.

Overraskende nok, de fandt ud af, at haloer af alle størrelser har en meget lignende indre struktur og er ekstremt tætte i midten, bliver mere og mere spredt, med mindre klumper, der kredser i deres ydre områder.

Forskerne sagde, at uden en måleskala var det næsten umuligt at skelne et billede af en mørk stof-halo af en massiv galakse fra en af ​​en glorie med en masse en brøkdel af Solens.

Medforfatter professor Simon White, fra Max Planck Institute of Astrophysics, Tyskland, sagde:"Vi forventer, at små glorier af mørkt stof ville være ekstremt talrige, indeholdende en væsentlig del af alt det mørke stof i universet, men de ville for det meste forblive mørke gennem den kosmiske historie, fordi stjerner og galakser kun vokser i haloer, der er mere end en million gange så massive som Solen.

"Vores forskning kaster lys over disse små haloer, når vi søger at lære mere om, hvad mørkt stof er, og den rolle det spiller i universets udvikling."