チューリッヒ大学の科学者が今週発行のNature誌で発表した新しい計算によると、地球と同じくらい重く、太陽系と同じくらい大きい暗黒物質の幽霊のようなハローが宇宙で最初に形成された構造でした。
私たち自身の銀河にはまだこれらのハローの4兆個が含まれており、数千年ごとに地球を通過すると予想されており、その後に明るい、検出可能なガンマ線の痕跡を残しています。毎日、無数のランダムな暗黒物質粒子が地球上に降り注ぎ、検出されずに私たちの体を通って降っています。
「これらの暗黒物質ハローは、通常の物質を引き付け、最終的に星と銀河を形成することを可能にする重力の「接着剤」でした」とチューリッヒ大学理論物理学研究所のベンムーア教授は、ネイチャーレポートの共著者です。 「これらの構造は、私たちが今日目にするすべての構成要素であり、ビッグバンからわずか2000万年後には早く形成され始めました。」
暗黒物質は宇宙の質量の80％以上を占めていますが、その性質は不明です。それは私たちの周りのすべてを構成する原子とは本質的に異なるようです。暗黒物質が直接検出されることはありません。その存在は、通常の物質への重力の影響を通じて推測されます。
チューリッヒの科学者たちは、ビッグバンで作成されたと考えられているニュートラリーノと呼ばれる理論的な粒子である暗黒物質の主要候補に基づいて計算を行った。彼らの結果は、チューリッヒ大学でムーアと博士によって設計および構築された新しいスーパーコンピューターであるzBoxで数か月の数々の処理を伴いました。 Joachim StadelとJuerg Diemand、レポートの共著者。
ムーア氏は、「ビッグバンから2000万年前まで、宇宙はほぼ滑らかで均質だった」と語った。しかし、物質の分布にわずかな不均衡があるため、重力によって、私たちが今日目にする身近な構造を作成することができました。質量密度の高い領域はより多くの物質を引き付け、密度の低い領域は物質を失いました。暗黒物質は宇宙に重力井戸を作り、普通の物質がそれらに流れ込みます。その結果、ビッグバンから約5億年後に銀河と星が形成され始めました。一方、宇宙は137億年前のものです。
300 Athlonプロセッサーの能力を活用したzBoxスーパーコンピューターを使用して、チームはビッグバンで作成されたニュートラリーノが時間とともにどのように進化するかを計算しました。ニュートラリーノは、「冷たい暗黒物質」の候補として長い間好まれてきました。つまり、速く動かず、凝集して重力井戸を作ることができます。ニュートラリーノはまだ検出されていません。これは、提案された「超対称」粒子であり、基本粒子の標準モデルの不整合を修正しようとする理論の一部です。
過去20年間、科学者たちはニュートラリーノが大量の暗黒物質ハローを形成し、今日の銀河全体を包むことができると信じてきました。チューリッヒチームのzBoxスーパーコンピューターの計算から明らかになったのは、3つの新しい重要な事実です。これらの構造は非常に密集したコアを持ち、四千年紀が私たちの銀河の時代を生き延びたことを可能にします。また、これらの「ミニチュア」暗黒物質ハローはホスト銀河を移動し、通過するときに通常の物質と相互作用します。これらのハローがプルートをはるかに超えてオールト彗星雲を混乱させ、私たちの太陽系を通して破片を送る可能性さえあります。
「これらのニュートラリーノハローの検出は困難ですが可能ですか？」とチームは言った。ハローは常にニュートラリーノが衝突して自己消滅するときに生成される最高エネルギーの形態であるガンマ線を放出しています。
「私たちの生涯で通過するハロー（幸運なはずですが）は、ガンマ線の明るい軌跡を簡単に見るのに十分なほど近いでしょう」と、カリフォルニア大学サンタクルーズ校のディエマンドは言いました。
ニュートラリーノを検出する最良の機会は、しかし、暗黒物質の密度が最も高い銀河の中心、またはこれらの移動する地球質量ニュートラリーノハローの中心です。より高密度の領域はニュートラリーノ衝突の可能性を高め、したがってより多くのガンマ線を提供します。 「これは、冥王星に置かれた一本のろうそくの明かりを見ようとするのと同じように、まだ検出するのが難しいでしょう」とディーマンドは言いました。
2007年に打ち上げが計画されているNASAのGLASTミッションは、これらの信号が存在する場合にそれらを検出することができます。 VERITASやMAGICなどの地上ベースのガンマ線観測所も、ニュートラリーノ相互作用からのガンマ線を検出できる場合があります。今後数年間で、スイスのCERNにある大型ハドロン衝突型加速器が超対称性の概念を確認または除外します。
コンピュータシミュレーションに基づくニュートラリーノハローと宇宙の初期構造の画像とコンピュータアニメーションは、http：//www.nbody.netで入手できます。
アルバートアインシュタインとアーウィンシュリンディンガーは、チューリッヒ大学の理論物理学研究所で働いていた以前の教授の一人で、宇宙と量子力学の起源の理解に多大な貢献をしました。 2005年は、アインシュタインの量子物理学と相対論における最も注目すべき研究の100周年です。 1905年にアインシュタインはチューリッヒ大学で博士号を取得し、科学を変える3つの論文を発表しました。
編集者への注記：Joachim StadelとBen Mooreによって設計された革新的なスーパーコンピューターは、Dolphin / SCIからの2次元高速ネットワークによって相互接続され、特許取得済みのエアフローシステムによって冷却される300 Athlonプロセッサーの立方体です。詳細については、http：//krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/を参照してください。プロジェクトを率いたシュテーデルは、次のように述べています。「何千ものコンポーネントから世界クラスのスーパーコンピューターを組み立てるのは困難な作業でしたが、完成するとスイスで最速で、世界で最も高密度のスーパーコンピューターでした。私たちが使用する並列シミュレーションコードは、モデルユニバースの個別の部分を異なるプロセッサに分散することで計算を分割します。」
元のソース：Institute for Theoretical Physics？チューリッヒ大学ニュースリリース
