Superkomputer paling kuat NASA telah membantu para peneliti mensimulasikan lingkaran cahaya materi yang mengelilingi Bimasakti. Simulasi komputer baru ini menunjukkan bagaimana materi gelap mengumpul menjadi "subhalos" dalam lingkaran besar yang mengelilingi Bimasakti. Ini sedikit membingungkan, karena materi gelap tidak cocok dengan penggumpalan galaksi satelit yang mengelilingi kita.
Para peneliti di University of California, Santa Cruz, telah menggunakan superkomputer paling kuat NASA untuk menjalankan simulasi terbesar hingga saat pembentukan dan evolusi halo materi gelap yang menyelimuti galaksi Bima Sakti. Hasilnya menunjukkan substruktur dalam lingkaran cahaya dengan detail yang belum pernah ada sebelumnya, menyediakan alat yang berharga untuk memahami sejarah evolusi galaksi kita.
Setiap galaksi dikelilingi oleh lingkaran gelap materi gelap yang hanya dapat dideteksi secara tidak langsung dengan mengamati efek gravitasinya. Halo tak terlihat jauh lebih besar dan lebih bulat dari galaksi bercahaya di pusatnya. Simulasi komputer baru-baru ini telah menunjukkan bahwa halo secara mengejutkan gumpal, dengan konsentrasi materi gelap yang relatif padat dalam 'subhalo' yang terikat secara gravitasi di dalam halo. Studi baru, yang telah diterima untuk dipublikasikan di Astrophysical Journal, menunjukkan substruktur yang jauh lebih luas daripada studi sebelumnya.
"Kami menemukan hampir 10.000 subhalos, sekitar satu urutan lebih besar daripada dalam simulasi masa lalu, dan beberapa subhalos kami menunjukkan 'sub-struktur.' Ini diharapkan secara teoritis, tetapi kami telah menunjukkannya untuk pertama kalinya dalam simulasi numerik," kata Piero Madau, profesor astronomi dan astrofisika di UCSC dan rekan penulis makalah ini.
Jürg Diemand, rekan postdoctoral Hubble di UCSC dan penulis pertama makalah itu, mengatakan hasil baru ini memperburuk apa yang dikenal sebagai "masalah satelit yang hilang." Masalahnya adalah bahwa kepekatan materi normal di dalam dan di sekitar galaksi kita - dalam bentuk galaksi satelit kerdil - tidak sesuai dengan kepekatan materi gelap yang terlihat dalam simulasi.
“Para astronom terus menemukan galaksi kerdil baru, tetapi masih ada hanya sekitar 15 atau lebih, dibandingkan dengan sekitar 120 subhalos materi gelap dengan ukuran yang sebanding dalam simulasi kami. Jadi yang mana yang menampung galaksi kerdil, dan mengapa? " Diemand berkata.
Model teoritis di mana pembentukan bintang terbatas pada beberapa jenis lingkaran gelap materi - cukup masif atau yang terbentuk awal - dapat membantu menyelesaikan perbedaan, kata Madau.
Meskipun sifat materi gelap tetap menjadi misteri, ia tampaknya menyumbang sekitar 82 persen dari materi di alam semesta. Akibatnya, evolusi struktur di alam semesta telah didorong oleh interaksi gravitasi materi gelap. Materi "normal" yang membentuk gas dan bintang-bintang telah jatuh ke dalam "sumur gravitasi" yang diciptakan oleh gumpalan materi gelap, sehingga menimbulkan galaksi di pusat lingkaran cahaya materi gelap.
Awalnya, gravitasi bertindak atas fluktuasi kepadatan kecil yang hadir tak lama setelah Big Bang untuk menyatukan gumpalan pertama materi gelap. Ini tumbuh menjadi rumpun yang lebih besar dan lebih besar melalui penggabungan hierarkis dari nenek moyang yang lebih kecil. Ini adalah proses yang disimulasikan para peneliti UCSC pada superkomputer Columbia di Pusat Penelitian NASA Ames, salah satu komputer tercepat di dunia. Simulasi membutuhkan waktu beberapa bulan untuk diselesaikan, berjalan pada 300 hingga 400 prosesor sekaligus untuk 320.000 "cpu-jam," kata Diemand.
Coauthor Michael Kuhlen, yang mulai mengerjakan proyek sebagai mahasiswa pascasarjana di UCSC dan sekarang di Institute for Advanced Study di Princeton, mengatakan para peneliti menetapkan kondisi awal berdasarkan hasil terbaru dari Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) percobaan. Dirilis pada bulan Maret, hasil WMAP baru memberikan gambaran paling rinci tentang alam semesta bayi.
Simulasi dimulai sekitar 50 juta tahun setelah Big Bang dan menghitung interaksi 234 juta partikel materi gelap selama 13,7 miliar tahun waktu kosmologis untuk menghasilkan lingkaran cahaya pada skala yang sama dengan Bima Sakti. Gumpalan dalam lingkaran adalah sisa-sisa merger di mana inti dari lingkaran cahaya yang lebih kecil bertahan sebagai subhalos yang terikat secara gravitasi yang mengorbit dalam sistem host yang lebih besar.
Simulasi menghasilkan lima subhalos besar (masing-masing lebih dari 30 juta kali massa Matahari) dan banyak yang lebih kecil dalam 10 persen bagian dalam halo induk. Namun hanya satu galaksi kerdil yang dikenal (Sagitarius) yang dekat dengan pusat Bima Sakti, kata Diemand.
"Ada gumpalan besar materi gelap di wilayah yang sama tempat piringan Bimasakti itu berada. Jadi, bahkan di lingkungan lokal tata surya kita, distribusi materi gelap mungkin lebih rumit daripada yang kita duga, ”katanya.
Para astronom mungkin dapat mendeteksi gumpalan materi gelap di dalam lingkaran Bima Sakti dengan teleskop sinar gamma masa depan, tetapi hanya jika materi gelap terdiri dari jenis partikel yang akan menimbulkan emisi sinar gamma. Kandidat dark matter tertentu - seperti netralino, sebuah partikel teoretis yang diprediksi oleh teori supersimetri - dapat memusnahkan (yaitu saling dihancurkan) dalam benturan, menghasilkan partikel baru dan memancarkan sinar gamma.
"Teleskop sinar gamma yang ada belum mendeteksi pemusnahan materi gelap, tetapi percobaan yang akan datang akan lebih sensitif, sehingga ada beberapa harapan bahwa subhalos individu dapat menghasilkan tanda tangan yang dapat diamati," kata Kuhlen.
Secara khusus, para astronom menantikan hasil yang menarik dari Gamma Ray Large Area Space Telescope (GLAST), yang dijadwalkan diluncurkan pada 2007, katanya.
Simulasi ini juga menyediakan alat yang bermanfaat bagi para astronom pengamatan yang mempelajari bintang-bintang tertua di galaksi kita dengan menyediakan hubungan antara pengamatan saat ini dan fase awal pembentukan galaksi, kata Diemand.
“Galaksi-galaksi kecil pertama terbentuk sangat awal, sekitar 500 juta tahun setelah Big Bang, dan masih ada bintang-bintang di galaksi kita yang terbentuk pada masa awal ini, seperti rekaman fosil pembentukan bintang awal. Simulasi kami dapat memberikan konteks dari mana bintang-bintang tua itu berasal dan bagaimana mereka berakhir di galaksi kerdil dan dalam orbit tertentu di halo bintang hari ini, "kata Diemand.
Sumber Asli: Rilis Berita UC Santa Cruz
