NASAの最も強力なスーパーコンピュータは、研究者が天の川を取り巻く暗黒物質のハローをシミュレートするのに役立ちました。この新しいコンピュータシミュレーションは、暗黒物質が銀河を取り巻く大きなハロー内の「サブハロー」に集まる様子を示しています。暗黒物質は私たちを取り巻く衛星銀河の塊と一致しないため、これは少しパズルです。
カリフォルニア大学サンタクルーズ校の研究者たちは、NASAの最も強力なスーパーコンピューターを使用して、これまでで最大のシミュレーションを実行し、天の川銀河を覆う暗黒物質ハローの形成と進化を調べてきました。彼らの結果は、前例のない詳細でハロー内の下部構造を示しており、私たちの銀河の進化の歴史を理解するための貴重なツールを提供しています。
すべての銀河は神秘的な暗黒物質のハローに囲まれており、その重力効果を観察することによってのみ間接的に検出できます。見えないハローは、中心にある明るい銀河よりもはるかに大きく、球状です。最近のコンピュータシミュレーションでは、ハローが驚くほどに固く、ハロー内の重力で結合された「サブハロー」に比較的高密度の暗黒物質が集中していることが示されています。 Astrophysical Journalへの掲載が認められたこの新しい研究は、以前のどの研究よりもはるかに広範な下部構造を示しています。
「過去のシミュレーションよりも約1桁多い約10,000のサブハロが見つかり、一部のサブハロは「サブ構造」を示しています。これは理論的に予想されていましたが、数値シミュレーションで初めて示しました」 UCSCの天文学と天体物理学の教授であり、論文の共著者でもあるピエロマダウ。
UCSCのハッブル博士研究員であり、この論文の筆頭著者でもあるイェルクディーマンド氏は、この新しい結果は、「ミッシングサテライトの問題」と呼ばれる問題を悪化させると語った。問題は、矮小衛星銀河の形をした、私たちの銀河内およびその周囲の正常物質の固まりが、シミュレーションで見られる暗黒物質の固まりと一致しないことです。
「天文学者たちは新しい矮小銀河を発見し続けていますが、シミュレーションでは同等のサイズの約120個の暗黒物質サブハローと比較して、まだ約15個程度しかありません。では、どの銀河が矮小銀河をホストしているのか、そしてその理由は？」ディエマンドは言った。
マダウ氏によると、星の形成が特定の種類の暗黒物質ハロー（十分に大規模な、または初期に形成されるハロー）に制限されている理論モデルは、矛盾を解決するのに役立つ可能性があります。
ダークマターの性質は謎のままですが、宇宙の物質の約82％を占めているようです。その結果、宇宙の構造の進化は暗黒物質の重力相互作用によって引き起こされてきました。ガスと星を形成する「通常の」物質は、暗黒物質の塊によって作成された「重力井戸」に落ち、暗黒物質ハローの中心に銀河を生み出しました。
当初、重力はビッグバンの直後に存在するわずかな密度変動に作用して、暗黒物質の最初の塊を引き寄せました。これらは、より小さな前駆細胞の階層的なマージを通じて、ますます大きな塊に成長しました。これは、世界最速のコンピューターの1つであるNASAエームズリサーチセンターのコロンビアのスーパーコンピューターでUCSCの研究者がシミュレーションしたプロセスです。シミュレーションが完了するまでに数か月かかり、一度に320,000の「cpu時間」で300〜400プロセッサ上で実行されたとディーマンド氏は述べています。
UCSCの大学院生としてプロジェクトに取り組み始め、現在プリンストンの高等研究所にいる共同執筆者のマイケルクーレン氏は、ウィルキンソンマイクロ波異方性プローブ（WMAP）の最新の結果に基づいて初期条件を設定したと述べた実験。 3月にリリースされた新しいWMAP結果は、幼児宇宙のこれまでで最も詳細な画像を提供します。
シミュレーションはビッグバンから約5,000万年後に始まり、137億年の宇宙時間にわたる2億3400万の暗黒物質の粒子の相互作用を計算して、天の川と同じスケールでハローを生成します。ハロー内の塊は、小さなハローのコアが大きなホストシステム内を周回する重力で結合されたサブハローとして生き残った合併の残骸です。
シミュレーションにより、5つの巨大なサブハロー（それぞれが太陽の質量の3000万倍以上）と、ホストハローの内側の10％内に多くの小さなサブハローが生成されました。それでも、知られている矮小銀河（射手座）は、天の川の中心に近い銀河だけです。
「天の川の円盤があるのと同じ地域に暗黒物質の大きな塊があります。したがって、私たちの太陽系の局所的な近隣でさえ、暗黒物質の分布は、私たちが想定したよりも複雑かもしれません」と彼は言った。
天文学者は、将来のガンマ線望遠鏡で天の川のハロー内の暗黒物質の塊を検出できる可能性がありますが、暗黒物質がガンマ線放出を引き起こす種類の粒子で構成されている場合に限られます。超対称性理論によって予測される理論上の粒子であるニュートラリーノなどの特定の暗黒物質候補は、衝突で消滅（つまり、相互に破壊）され、新しい粒子を生成してガンマ線を放出する可能性があります。
「既存のガンマ線望遠鏡は暗黒物質の消滅を検出していませんが、今後の実験はより感度が高くなるため、個々のサブハローが観測可能なシグネチャを生成する可能性があると期待されています」とクーレン氏は述べた。
特に、天文学者は2007年に打ち上げが予定されているガンマ線大面積宇宙望遠鏡（GLAST）からの興味深い結果を楽しみにしていると彼は言った。
シミュレーションはまた、現在の観測と銀河形成の初期の段階との間のリンクを提供することにより、私たちの銀河で最も古い星を研究する観測天文学者にとって有用なツールを提供するとディーマンド氏は述べています。
「最初の小さな銀河は、ビッグバンから約5億年前に非常に早く形成されました。銀河には、初期の星形成の化石記録のように、まだこの初期に形成された星が残っています。私たちのシミュレーションは、それらの古い星がどこから来たのか、そしてそれらがどのようにして矮小銀河や今日の恒星ハローの特定の軌道になったのかについてのコンテキストを提供できます。
元のソース：UC Santa Cruzニュースリリース
