Komputer super NASA yang paling kuat telah membantu para penyelidik mensimulasikan lingkaran bahan gelap yang mengelilingi Bima Sakti. Simulasi komputer baru ini menunjukkan bagaimana jirim gelap bergabung menjadi "subhalos" dalam lingkaran besar yang mengelilingi Bima Sakti. Ini adalah sedikit teka-teki, kerana benda gelap tidak sesuai dengan penggumpalan galaksi satelit yang mengelilingi kita.
Penyelidik di University of California, Santa Cruz, telah menggunakan komputer super NASA yang paling kuat untuk menjalankan simulasi terbesar setakat ini mengenai pembentukan dan evolusi lingkaran cahaya gelap yang menyelimuti galaksi Bima Sakti. Hasilnya menunjukkan substruktur dalam lingkaran dengan perincian yang belum pernah terjadi sebelumnya, menyediakan alat berharga untuk memahami sejarah evolusi galaksi kita.
Setiap galaksi dikelilingi oleh lingkaran cahaya gelap yang hanya dapat dikesan secara tidak langsung dengan memerhatikan kesan graviti. Halo yang tidak kelihatan jauh lebih besar dan lebih bulat daripada galaksi bercahaya di tengahnya. Simulasi komputer baru-baru ini menunjukkan bahawa lingkaran sangat mengejutkan, dengan kepekatan bahan gelap yang agak padat dalam 'subhalos' yang terikat secara graviti dalam lingkaran. Kajian baru, yang telah diterima untuk diterbitkan dalam Astrophysical Journal, menunjukkan substruktur yang jauh lebih luas daripada kajian sebelumnya.
"Kami menjumpai hampir 10.000 subhalos, kira-kira satu urutan besarnya lebih banyak daripada pada simulasi yang lalu, dan beberapa subhalos kami menunjukkan 'substruktur.' Ini diharapkan secara teoritis, tetapi kami telah menunjukkannya untuk pertama kalinya dalam simulasi berangka," kata Piero Madau, profesor astronomi dan astrofizik di UCSC dan pengarang makalah ini.
Jürg Diemand, rakan pasca doktoral Hubble di UCSC dan pengarang pertama makalah ini, mengatakan hasil baru itu memperburuk apa yang dikenali sebagai "masalah satelit yang hilang." Masalahnya adalah bahawa kekacauan benda normal di dalam dan di sekitar galaksi kita - dalam bentuk galaksi satelit kerdil - tidak sesuai dengan kekacauan benda gelap yang dilihat dalam simulasi.
"Ahli astronomi terus menemui galaksi kerdil baru, tetapi masih ada sekitar 15 atau lebih, dibandingkan dengan sekitar 120 subhalos materi gelap dengan ukuran yang setanding dalam simulasi kami. Jadi yang mana yang menjadi tuan rumah galaksi kerdil, dan mengapa? " Diemand berkata.
Model teoretikal di mana pembentukan bintang terhad kepada jenis halos perkara gelap tertentu - yang cukup besar atau bentuk awal - boleh membantu menyelesaikan perbezaan tersebut, kata Madau.
Walaupun sifat materi gelap tetap menjadi misteri, ia nampaknya menyumbang sekitar 82 peratus perkara di alam semesta. Akibatnya, evolusi struktur di alam semesta telah didorong oleh interaksi graviti bahan gelap. Bahan "normal" yang membentuk gas dan bintang telah jatuh ke dalam "sumur graviti" yang diciptakan oleh gumpalan benda gelap, sehingga menimbulkan galaksi di pusat-pusat lingkaran cahaya.
Pada mulanya, graviti bertindak terhadap turun naik ketumpatan yang sedikit selepas Big Bang untuk menyatukan gumpalan gelap pertama. Ini tumbuh menjadi rumpun yang lebih besar dan lebih besar melalui penggabungan hierarki keturunan yang lebih kecil. Ini adalah proses yang disimulasikan oleh penyelidik UCSC pada komputer super Columbia di Pusat Penyelidikan Ames NASA, salah satu komputer terpantas di dunia. Simulasi memerlukan beberapa bulan untuk diselesaikan, berjalan pada 300 hingga 400 pemproses sekaligus untuk 320.000 "jam CPU," kata Diemand.
Coauthor Michael Kuhlen, yang mula mengerjakan projek ini sebagai pelajar siswazah di UCSC dan kini berada di Institut Kajian Lanjutan di Princeton, mengatakan para penyelidik menetapkan syarat awal berdasarkan hasil terbaru dari Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) eksperimen. Dikeluarkan pada bulan Mac, hasil WMAP baru memberikan gambaran paling terperinci mengenai alam semesta bayi.
Simulasi bermula kira-kira 50 juta tahun selepas Big Bang dan menghitung interaksi 234 juta zarah zat gelap selama 13.7 bilion tahun masa kosmologi untuk menghasilkan lingkaran cahaya pada skala yang sama dengan Bima Sakti. Gumpalan di dalam lingkaran adalah sisa-sisa penggabungan di mana inti halos yang lebih kecil bertahan sebagai subhalos terikat secara gravitasi yang mengorbit dalam sistem inang yang lebih besar.
Simulasi menghasilkan lima subhalos besar (masing-masing lebih daripada 30 juta kali jisim Matahari) dan banyak yang lebih kecil dalam 10 peratus bahagian dalam lingkaran inang. Namun hanya satu galaksi kerdil yang terkenal (Sagittarius) yang berada dekat dengan pusat Bima Sakti, kata Diemand.
"Ada gumpalan besar materi gelap di wilayah yang sama dengan cakera Bima Sakti. Jadi walaupun di kawasan sekitar sistem suria kita, penyebaran bahan gelap mungkin lebih rumit daripada yang kita sangka, ”katanya.
Ahli astronomi mungkin dapat mengesan gumpalan benda gelap di dalam lingkaran cahaya Bima Sakti dengan teleskop sinar gamma di masa depan, tetapi hanya jika bahan gelap terdiri daripada jenis zarah yang akan menimbulkan pelepasan sinar gamma. Calon bahan gelap tertentu - seperti neutralino, zarah teori yang diramalkan oleh teori supersimetri - dapat memusnahkan (iaitu, dihancurkan bersama) dalam perlanggaran, menghasilkan zarah baru dan memancarkan sinar gamma.
"Teleskop sinar gamma yang ada tidak dapat mengesan pemusnahan benda gelap, tetapi eksperimen yang akan datang akan lebih sensitif, jadi ada beberapa harapan bahawa subhalos individu dapat menghasilkan tanda tangan yang dapat dilihat," kata Kuhlen.
Secara khusus, para astronom menantikan hasil yang menarik dari Teleskop Angkasa Kawasan Besar Gamma Ray (GLAST), yang dijadualkan dilancarkan pada tahun 2007, katanya.
Simulasi ini juga menyediakan alat yang berguna untuk para astronom pemerhatian yang mengkaji bintang-bintang tertua di galaksi kita dengan memberikan kaitan antara pemerhatian semasa dan fasa-fasa awal pembentukan galaksi, kata Diemand.
"Galaksi kecil pertama terbentuk sangat awal, sekitar 500 juta tahun selepas Big Bang, dan masih ada bintang-bintang di galaksi kita yang terbentuk pada awal masa ini, seperti catatan fosil pembentukan bintang awal. Simulasi kami dapat memberikan konteks dari mana bintang-bintang lama itu berasal dan bagaimana mereka muncul di galaksi kerdil dan di orbit tertentu di lingkaran bintang hari ini, ”kata Diemand.
Sumber Asal: Siaran Berita UC Santa Cruz
