меню  содержание   news244  news245  news246 
              Суперкомпьютер смоделировал детальную структуру темной энергии
              вокруг  Млечного Пути
                               
           12 миллиардов  лет назад  Вселенная была  гораздо компактнее,  чем сейчас,  все  ее вещество
          содержалось в области размером 2,6 миллиона лет. С тех пор в космосе  стало гораздо  прос-
          торнее, но некоторая часть невидимой материи сохранилась в столь же концентрированном
          виде и сформировала обширный ореол Млечного пути. 
                     Иллюстрация:   J Diemand/M Kuhlen/P Madau/UCSC с сайта New Scientist 

                     
                           Тёмная материя в Млечном пути в наш дни 

  Американские астрофизики из Калифорнийского университета  в Санта-Крузе  ( University of California,
 Santa Cruz - UCSC)  воспользовались самым мощным суперкомпьютером NASA,  принадлежащим  Ис-
 следовательскому центру имени Эймса (Ames Research Center), для того,  чтобы наиболее точно смоде-
 лировать процессы формирования и эволюции ореола из темной материи, окружающего нашу галакти-
 ку Млечный путь. Начальные условия были выбраны в соответствии  с уточненными данными,  полу-
 ченными от зонда для исследования анизотропии микроволнового фона  WMAP ( Wilkinson Microwave
 Anisotropy Probe), которые были обнародованы в марте этого года. В качестве отправного пункта фигу-
 рировало состояние Вселенной, прожившей свои первые  50 миллионов лет после  Большого  взрыва.
 На основе этого состояния вычислялось взаимодействие  между 234 миллионами частиц  темного  ве-
 щества на протяжении более чем 13,7 миллиарда лет космологического времени, что и позволило  по-
 лучить аналог того ореола, каковым должен был бы  обзавестись  Млечный путь.  Моделирование  по-
 требовало нескольких месяцев работы и мощности 300-400 процессоров ( что эквивалентно 320 тыся-
 чам "однопроцессорных" часов). Таким образом удалось не только "разглядеть" в беспрецедентных  де-
 талях очертания ореола, но и сделать кое-какие выводы об эволюции собственно видимого светящего-
 ся галактического вещества. 

                          
               Распределение тёмной материи в Млечном пути 13,3 миллиарда лет назад, через  460
               миллионов лет после Большого Взрыва. Практически, это  начальные условия  модели-
               рования 

                     
               Распределение тёмной материи в Млечном пути в разные периоды.  Верхний ряд:  12,8;
              12,0 и 10,3 миллиарда лет назад; нижний ряд: 6,8, 3,4 миллиарда лет назад и настоящее
              время 

                                          
               Четыре самых крупных субгало тёмной материи в наши дни. Как видно, внутри этих
               субгало находятся пятнышки поменьше - субсубгало 

 Уже известно, что практически каждая галактика окружена "шубой" из таинственного темного  вещест-
 ва, однако присутствие этой материи может быть выявлено только косвенными методами - путем изу-
 чения эффектов, вызванных гравитационным взаимодействием  с обычным  (барионным)  веществом
 или с излучением. Истинная природа темного вещества все еще остается тайной, хотя и известно,  что
 на его долю приходится примерно 82 процента всей материи Вселенной. Возможно, астрономы  в бу-
 дущем смогут выявить скопления темного вещества в пределах ореола Млечного пути с помощью гам-
 ма-телескопов, но это произойдет лишь в том случае, если темное вещество хотя бы частично состоит
 из частиц, способных порождать гамма-излучение (например, если это окажутся гипотетические пока
 нейтралино (neutralino) - частицы, предсказанные в соответствии с теорией суперсимметрии -  нейтра-
 лино  могут взаимоуничтожаться  при столкновениях  с испусканием гамма-квантов).  Пока  подобное
 гамма-излучение не обнаружено, но современным инструментам, возможно, просто не хватает чувст-
 вительности.  Астрономы ожидают  интересных   результатов  от космической  обсерватории  GLAST
 (Gamma Ray Large Area Space Telescope), работающей в гамма-диапазоне, запуск этого телескопа NASA
 наметило на 2007 год (заодно он поищет "местные" чёрные дыры). Если не получится  с гамма-излуче-
 нием,  останется уповать на эффекты микролинзирования  (искажение изображений  удаленных звезд,
 вызванное гравитацией  в данном  случае скоплений темной материи). 

                              
                  Карта распределения гамма-излучения, вызванного, по мнению  исследователей,
                  аннигиляцией  в тёмной  материи.   На врезке  слева -  направление,  противопо-
                  ложное движению к центру галактики. Справа - самое крупное субгало тёмной
                  материи

 Невидимый ореол (гало) гораздо обширней видимой светящейся галактики, которая размещается  в са-
 мой сердцевине почти сферического "кокона" из темной материи. Компьютерные модели показывают,
 что более плотных концентраций темного вещества в этом ореоле следует ожидать в центральной его
 части, где расположены так называемые субгало ('subhalos'). Новая работа, выполненная  под  руковод-
 ством Юрга Дайменда (Jurg Diemand, публикация предпринята  в  "Астрофизическом журнале"  ( Astro-
 physical Journal - ApJ ), демонстрирует наличие намного более  обширной субструктуры,  чем  это было
 в каком-либо предыдущем исследовании ( соответствующую мультипликацию можно  скачать отсюда
 - MPEG, 4,6 МБ). 
 Кстати, модель пригодится не только для получения знаний о пока что невидимых скоплениях тёмной
 материи, но и для изучения самых древних звёзд нашей галактики. 
 "Первые  малые галактики  сформировались  очень давно  -  около 500 миллионов лет  после Большого
 Взрыва. А в нашей галактике до сих пор есть звёзды, сформировавшиеся  в то время  - эдакие  ископае-
 мые звёздной эволюции.  Наша имитация  объясняет условия,  в которых эти  звёзды сформировались,
 и то, как они попали в карликовые галактики, находящиеся в гало Млечного пути", -  сказал Диман. 

                             
          Часть суперкомпьютера Columbia, использовавшегося для отслеживания эволюции тёмной
          материи  ( фото NASA Ames Research Center/Tom Trower ).

 "Мы находим почти 10 тысяч подструктур меньшего размера (субгало),  что на порядок больше, чем  в
 ходе любого предыдущего  моделирования... Это было предсказано теоретически, но нам это впервые
 удалось показать в ходе  компьютерной симуляции", -  пояснил  один из соавторов статьи,  профессор
 астрономии и астрофизики из UCSC Пьеро Мадау ( Piero Madau).  Поперечник каждого  такого субгало
 составляет по крайней мере несколько тысяч световых лет. 
 А Юрг Дайменд указывает на то, что их новые результаты обостряют ситуацию с так называемой "про-
 блемой недостачи спутников" ("missing satellite problem"). Эта проблема заключается в том, что  количес-
 тво скоплений нормального светящегося вещества в окрестностях нашей Галактики - в форме карлико-
 вых  спутниковых галактик -  не соответствует  количеству скоплений  темного вещества,  получаемых
 согласно компьютерным моделям: "Астрономы продолжают поиски новых карликовых галактик, одна-
 ко до сих пор удалось обнаружить всего лишь около 15 таких галактик,  что не идет ни  в какое  сравне-
 ние с теми  120 субгало из темной материи,  что должны появиться,  если  верить  результатам  нашего
 моделирования. Почему такой разрыв в числах - пока еще неясно..." 
 Так, моделирование заставляет говорить сразу о пяти возможных сверхмассивных субгало  ( каждое из
 которых превосходит массу  30 миллионов солнц)  и множестве  более мелких структур,  заключенных
 в пределах внутреннего (10 процентов от общей величины) ореола галактики-хозяйки. Однако в реаль-
 ности на таком расстоянии от центра Галактики наблюдается всего лишь  одна-единственная  карлико-
 вая галактика (Стрелец). Не исключено,  что обширные скопления  темного вещества  в ближайших  га-
 лактических окрестностях все же присутствуют,  но не сопровождаются видимыми  спутниковыми  га-
 лактиками. Возможно также и то, что даже  в окрестностях нашей  Солнечной системы  распределение
 темного вещества может быть более сложным, чем мы привыкли считать. 
 Новое моделирование может также снабдить астрономов-наблюдателей полезным инструментом  для
 поиска самых старых звезд  в нашей Галактике -  сформировавшихся спустя  500 миллионов лет  после
 Большого взрыва. Ведь в рамках модели можно проследить, как эти "звездные окаменелости" возникли
 и где таятся теперь - в карликовых ли галактиках, на определенных галактических орбитах, в ореоле из
 рассеянных звезд... 
  Темное вещество (dark matter) составляет приблизительно  23% массового-энергетического "бюджета"
 Вселенной.  Нормальное вещество,  материал звезд, планет  и людей,  вносит  только 4%.  Остальную
 часть  Вселенной составляет  еще более  таинственная вещь,  названная темной энергией  (dark energy). 
 Некоторая малая часть темного вещества была уже идентифицирована и больше не является  тайной.
  Трудноуловимые частицы нейтрино, про которые когда-то думали, что  они имеют массу покоя,  рав-
 ную нулю, подобно фотонам,  теперь признаны имеющими  некий ненулевой вес  и составляют  часть
 этого самого "бюджета". Холодные мертвые звезды, найденные недавно в большом количестве, также
 вносят свой скромный вклад в этот общий зачет. 

   ссылки:
          grani.ru/Society/Science/p.114774.html
          membrana.ru/print.html?1164291540
          universetoday.com/2006/11/20/dark-matter-halo-around-the-milky-way
          space.newscientist.com/article/dn10636-milky-ways-dark-matter-modelled



                                  Темной энергии  - не меньше 9 миллиардов лет
               
                         Вспышки сверхновых в удаленных галактиках  ( фото телескопа "Хаббл" )

 Некая таинственная сущность, именуемая темной энергией (dark energy), присутствовала в нашем мире
 в течение по крайней мере 2/3 его истории и способствовала  ускоренному  расширению всей  Вселен-
 ной последние 5-6 миллиардов лет. Такой вывод сделала группа американских  астрономов  под  руко-
 водством Адама Рисса (Adam Riess) из Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University) и Науч-
 ного  института  космических телескопов  ( Space Telescope Science Institute - STScI)  в Балтиморе ( штат
 Мэриленд), что воспользовалась возможностями космического  телескопа "Хаббл" ( Hubble  Space  Tele-
 scope) при изучении древних взорвавшихся звезд. Удалось также установить возможную связь темной
 энергии с "космологической константой" (cosmological constant), которую в 1917 году предложил ввести
 Альберт Эйнштейн (позднее он от этой своей идеи отказался,  когда  в 1929 году  американский  астро-
 ном Эдвин Хаббл сумел доказать, что Вселенная расширяется, причем Эйнштейн назвал космологичес-
 кую константу "самой грубой своей ошибкой"). 

 В 1998 году астрономическое сообщество с немалым изумлением было вынуждено признать, что наша
 Вселенная не просто  расширяется,  но расширяется  со все возрастающей  скоростью,  будто что-то  ее
 раздирает изнутри. Об этом свидетельствовали данные "Хаббла" и других телескопов. До сих пор удов-
 летворительного объяснения этому факту не найдено, физики-теоретики усиленно работают над новой
 проблемой. До открытия "темной энергии" считалось, что расширение Вселенной со временем должно
 замедлиться, а на каком-то этапе и вовсе, возможно, обратиться во всеобщее сжатие,  поскольку  разле-
 тающиеся галактики тормозятся взаимным гравитационным притяжением, которое собственно и скре-
 пляет Вселенную. 
 "Темная энергия" - это фактически антигравитационная сила, расталкивающая на больших расстояниях
 материю и противодействующая "нормальной" гравитации.  По оценкам астрофизиков,  для  обеспече-
 ния наблюдаемого эффекта "темная энергия" должна составлять  приблизительно 70%  от всей энергии
 и вещества во Вселенной, однако до последнего времени было неясно, какова длительность и история
 наблюдаемых эффектов - сохраняется ли подобное положение вещей большую часть времени существо-
 вания нашего мира. 
 Самое популярное объяснение эффектов, обозначаемых как "темная энергия",  привлекает когда-то,  ка-
 залось бы, окончательно списанную со счетов и оставшуюся лишь в курсе истории физики "космологи-
 ческую константу" - очень давнее предположение Эйнштейна.  Действие  этой константы  заключается
 в том, что энергетическая плотность вакуума остается постоянной - независимо от расширения Вселен-
 ной. Поэтому когда один кубический сантиметр вакуума расширится до десяти кубических сантиметров,
 это так или иначе приведет к увеличению количества энергии в десять раз... 
 Теперь "Хаббл" позволил узнать нечто большее про эту таинственную энергию и уточнить уже получен-
 ные ранее результаты. Рисс и его коллеги  наблюдали свет  от 24 сверхновых  типа Ia,  которые  взорва-
 лись 8-10 миллиардов лет назад. Такие источники считаются "стандартными свечами",  потому  что яр-
 кость и другие характеристики подобных вспышек  мало меняются  от звезды к звезде,  и это может  ис-
 пользоваться для измерения расстояний и характеристик окружающего взрывающуюся звезду космичес-
 кого пространства. В принципе таким образом можно узнать и то, как Вселенная расширялась  все  про-
 шедшие миллиарды лет. 
 Наблюдения показывают присутствие темной энергии в нашем мире  на протяжении  по крайней  мере
 девяти миллиардов лет. Эта темная энергия  и тогда действовала  схожим образом.  Однако  те же  дан-
 ные показывают, что эффект, вызываемый темной энергией еще пять-шесть миллиардов лет назад, был
 гораздо слабее нынешнего, поскольку тогда "dark energy" только-только побеждала мощную гравитацию
 от близко расположенных звездных систем, и эта победа в "космическом перетягивании каната" приво-
 дила к тому, что замедляемое расширение Вселенной сменялось на расширение ускоряемое. 
  Наблюдения  также  подтверждают,  что концепцию  космологической  константы  в настоящее  время
 можно считать самым лучшим объяснением сущности действия  темной энергии  и подвергают  сомне-
 нию некоторые альтернативные концепции вроде  теории квинтэссенции  ( quintessence ).

     ссылки:
           grani.ru/Society/Science/p.114635.html
           nasa.gov/home/hqnews/2006/nov/HQ_06353_Hubble_Dark_Energy.html
           hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2006/52/full/



Hosted by uCoz