Spøgelseshaloer af mørkt stof så tungt som jorden og så store som vores solsystem var de første strukturer, der blev dannet i universet, ifølge nye beregninger fra videnskabsmænd ved Universitetet i Zürich, der blev offentliggjort i denne uges nummer af Nature.
Vores egen galakse indeholder stadig kvadrillioner af disse glorier med en, der forventes at passere Jorden hvert par tusinde år, hvilket efterlader et lyst, påviseligt spor af gammastråler i dens kølvandet, siger forskerne. Dag til dag regner utallige tilfældige mørke stofpartikler ned på Jorden og gennem vores kroppe uopdaget.
”Disse mørke stofhaloer var tyngdekraften” lim ”, der tiltrækkede almindeligt stof, og til sidst gjorde det muligt for stjerner og galakser at dannes,” sagde prof. Ben Moore fra Institut for Teoretisk Fysik ved Universitetet i Zürich, en medforfatter til Nature-rapporten . ”Disse strukturer, byggestenene til alt, hvad vi ser i dag, begyndte at danne tidligt, kun ca. 20 millioner år efter big bang.”
Mørkt stof udgør over 80 procent af universets masse, men alligevel er dets natur ikke kendt. Det ser ud til at være forskellig fra de atomer, der udgør sagen omkring os. Mørk stof er aldrig blevet opdaget direkte; dens tilstedeværelse udledes af dens tyngdekraftige indflydelse på almindelig stof.
Zürich-forskerne baserede deres beregning på den førende kandidat for mørkt stof, en teoretisk partikel kaldet en neutralino, der antages at være skabt i big bang. Deres resultater medførte flere måneders antal knusning på zBox, en ny supercomputer designet og bygget på University of Zurich af Moore og Drs. Joachim Stadel og Juerg Diemand, medforfattere om rapporten.
”Indtil 20 millioner år efter big bang var universet næsten glat og homogent?” Sagde Moore. Men små ubalancer i sagsfordelingen gjorde det muligt for tyngdekraften at skabe den velkendte struktur, som vi ser i dag. Regioner med højere massetæthed tiltrækkede mere stof, og regioner med lavere massefylde mistede stof. Mørkt stof skaber gravitationsbrønde i rummet, og almindelig stof strømmer ind i dem. Galakser og stjerner begyndte at dannes som et resultat omkring 500 millioner år efter big bang, mens universet er 13,7 milliarder år gammelt.
Ved hjælp af zBox-supercomputeren, der udnyttede kraften fra 300 Athlon-processorer, beregnet holdet, hvordan neutralinoer, der blev oprettet i big bang, ville udvikle sig over tid. Neutralinoen har længe været en foretrukken kandidat til ”kold mørk stof”, hvilket betyder, at den ikke bevæger sig hurtigt og kan klumpe sig sammen for at skabe en gravitationsbrønd. Neutralinoen er endnu ikke detekteret. Dette er en foreslået “supersymmetrisk” partikel, del af en teori, der forsøger at rette op på uoverensstemmelser i standardmodellen for elementære partikler.
I de sidste to årtier har forskere troet, at neutralinoer kan danne massive mørke stof-haloer og omslutte hele galakser i dag. Det, der er fremkommet i Zürich-holdets zBox-supercomputerberegning, er tre nye og fremtrædende fakta: Jordmassehaloer dannet først; disse strukturer har ekstremt tætte kerner, der gør det muligt for kvadrillioner at have overlevet tidene i vores galakse; også disse "miniatyr" mørke stoffer haloer bevæger sig gennem deres vært galakser og interagerer med almindeligt stof, når de passerer. Det er endda muligt, at disse haloer kan forstyrre Oort's økonomiske sky langt ud over Pluto og sende affald gennem vores solsystem.
”Detektion af disse neutralino-haloer er vanskelig, men mulig?” Sagde holdet. Haloerne udsender konstant gammastråler, den lysform, der er den højeste energi, der produceres når neutralinoer kolliderer og udslettes.
”En forbigående glorie i vores levetid (skulle vi være så heldig), ville være tæt nok til, at vi let kunne se et lyst spor af gammastråler,” sagde Diemand, nu ved University of California i Santa Cruz.
Den bedste chance for at opdage neutralinoer er dog i galaktiske centre, hvor tætheden af mørkt stof er den højeste, eller i centre for disse vandrende jordmasse neutralinohaloer. Denserregioner giver større chance for neutralino-kollisioner og dermed flere gammastråler. ”Dette ville stadig være vanskeligt at opdage, som at prøve at se lyset fra et enkelt stearinlys placeret på Pluto,” sagde Diemand.
NASAs GLAST-mission, der er planlagt til lancering i 2007, vil være i stand til at registrere disse signaler, hvis de findes. Jordbaserede gammastråleobservatorier som VERITAS eller MAGIC kan muligvis også påvise gammastråler fra neutralino-interaktioner. I de næste par år vil Large Hadron Collider ved CERN i Schweiz bekræfte eller udelukke begreberne supersymmetri.
Billeder og computeranimationer af en neutralino-glorie og tidlig struktur i universet baseret på computersimuleringer er tilgængelige på http://www.nbody.net
Albert Einstein og Erwin Schr? Dinger var blandt de tidligere professorer, der arbejdede ved Institut for Teoretisk Fysik ved Universitetet i Zürich, som gav væsentlige bidrag til vores forståelse af universets oprindelse og kvantemekanik. Året 2005 er hundredeårsdagen for Einsteins mest bemærkelsesværdige arbejde inden for kvantefysik og relativitet. I 1905 tjente Einstein sin doktorgrad fra Universitetet i Zürich og udgav tre artikler, der skiftede videnskab.
Bemærk til redaktører: Den innovative supercomputer designet af Joachim Stadel og Ben Moore er en terning på 300 Athlon-processorer, der er forbundet med et todimensionalt højhastighedsnetværk fra Dolphin / SCI og afkølet af et patenteret luftstrømsystem. Se http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/ for flere detaljer. Stadel, der ledede projektet, bemærkede: ”Det var en skræmmende opgave at samle en supercomputer i verdensklasse fra tusinder af komponenter, men da det blev afsluttet var det den hurtigste i Schweiz og verdens supercomputer med højeste tæthed. Den parallelle simuleringskode, vi bruger, opdeler beregningen ved at distribuere separate dele af modeluniverset til forskellige processorer. ”
Oprindelig kilde: Institut for teoretisk fysik? University of Zurich News Release
