Geisterhafte Lichthöfe aus dunkler Materie, so schwer wie die Erde und so groß wie unser Sonnensystem, waren nach neuen Berechnungen von Wissenschaftlern der Universität Zürich, die in der dieswöchigen Ausgabe von Nature veröffentlicht wurden, die ersten Strukturen im Universum.
Unsere eigene Galaxie enthält immer noch Billiarden dieser Lichthöfe, von denen erwartet wird, dass sie alle paar tausend Jahre an der Erde vorbeiziehen und eine helle, nachweisbare Spur von Gammastrahlen hinterlassen, sagen die Wissenschaftler. Tag für Tag regnen unzählige zufällige Partikel der dunklen Materie unentdeckt auf die Erde und durch unseren Körper.
"Diese Halos aus dunkler Materie waren der Gravitationskleber, der gewöhnliche Materie anzog und schließlich die Bildung von Sternen und Galaxien ermöglichte", sagte Prof. Ben Moore vom Institut für Theoretische Physik der Universität Zürich, Mitautor des Naturberichts . "Diese Strukturen, die Bausteine von allem, was wir heute sehen, haben sich früh gebildet, nur etwa 20 Millionen Jahre nach dem Urknall."
Dunkle Materie macht über 80 Prozent der Masse des Universums aus, ihre Natur ist jedoch unbekannt. Es scheint sich grundlegend von den Atomen zu unterscheiden, aus denen die Materie um uns herum besteht. Dunkle Materie wurde nie direkt entdeckt; seine Anwesenheit wird durch seinen gravitativen Einfluss auf gewöhnliche Materie abgeleitet.
Die Zürcher Wissenschaftler stützten ihre Berechnung auf den führenden Kandidaten für dunkle Materie, ein theoretisches Teilchen namens Neutralino, das vermutlich im Urknall entstanden ist. Ihre Ergebnisse führten dazu, dass die zBox, ein neuer Supercomputer, der von Moore und Dr. Joachim Stadel und Jürg Diemand, Co-Autoren des Berichts.
"Bis 20 Millionen Jahre nach dem Urknall war das Universum fast glatt und homogen", sagte Moore. Durch leichte Ungleichgewichte in der Materieverteilung konnte die Schwerkraft die bekannte Struktur schaffen, die wir heute sehen. Regionen mit höherer Massendichte zogen mehr Materie an, und Regionen mit niedrigerer Dichte verloren Materie. Dunkle Materie erzeugt Gravitationsquellen im Raum und gewöhnliche Materie fließt in sie hinein. Etwa 500 Millionen Jahre nach dem Urknall begannen sich Galaxien und Sterne zu bilden, während das Universum 13,7 Milliarden Jahre alt ist.
Mit dem Supercomputer zBox, der die Leistung von 300 Athlon-Prozessoren nutzte, berechnete das Team, wie sich die im Urknall erzeugten Neutralinos im Laufe der Zeit entwickeln würden. Das Neutralino ist seit langem ein bevorzugter Kandidat für „kalte dunkle Materie“, was bedeutet, dass es sich nicht schnell bewegt und zusammenklumpen kann, um eine Gravitationsquelle zu erzeugen. Das Neutralino wurde noch nicht erkannt. Dies ist ein vorgeschlagenes „supersymmetrisches“ Teilchen, Teil einer Theorie, die versucht, Inkonsistenzen im Standardmodell der Elementarteilchen zu korrigieren.
In den letzten zwei Jahrzehnten haben Wissenschaftler geglaubt, dass Neutralinos heute massive Halos aus dunkler Materie bilden und ganze Galaxien umhüllen könnten. Aus der zBox-Supercomputerberechnung des Zürcher Teams sind drei neue und herausragende Fakten hervorgegangen: zuerst gebildete Erdmassenhalos; Diese Strukturen haben extrem dichte Kerne, die es Billiarden ermöglichen, das Zeitalter in unserer Galaxie zu überstehen. Auch diese „Miniatur“ -Halos aus dunkler Materie bewegen sich durch ihre Wirtsgalaxien und interagieren mit gewöhnlicher Materie, wenn sie vorbeiziehen. Es ist sogar möglich, dass diese Halos die Kometenwolke von Oort weit hinter Pluto stören und Trümmer durch unser Sonnensystem senden.
"Die Erkennung dieser Neutralino-Halos ist schwierig, aber möglich", sagte das Team. Die Lichthöfe emittieren ständig Gammastrahlen, die energiereichste Form von Licht, die entstehen, wenn Neutralinos kollidieren und sich selbst vernichten.
"Ein vorübergehender Heiligenschein in unserem Leben (sollten wir so viel Glück haben) wäre nah genug, um leicht eine helle Spur von Gammastrahlen zu sehen", sagte Diemand, jetzt an der University of California in Santa Cruz.
Die beste Chance, Neutralinos zu erkennen, besteht jedoch in galaktischen Zentren, in denen die Dichte der dunklen Materie am höchsten ist, oder in den Zentren dieser wandernden Neutralinohalos mit Erdmasse. Dichtere Regionen bieten eine größere Wahrscheinlichkeit für Neutralino-Kollisionen und damit mehr Gammastrahlen. "Dies wäre immer noch schwer zu erkennen, wie der Versuch, das Licht einer einzelnen Kerze auf Pluto zu sehen", sagte Diemand.
Die für 2007 geplante GLAST-Mission der NASA wird in der Lage sein, diese Signale zu erkennen, falls sie existieren. Bodengestützte Gammastrahlenobservatorien wie VERITAS oder MAGIC können möglicherweise auch Gammastrahlen aus Neutralino-Wechselwirkungen erfassen. In den nächsten Jahren wird der Large Hadron Collider am CERN in der Schweiz die Konzepte der Supersymmetrie bestätigen oder ausschließen.
Bilder und Computeranimationen eines Neutralino-Halos und einer frühen Struktur im Universum basierend auf Computersimulationen sind unter http://www.nbody.net verfügbar
Albert Einstein und Erwin Schrödinger gehörten zu den früheren Professoren am Institut für Theoretische Physik der Universität Zürich, die wesentliche Beiträge zu unserem Verständnis des Ursprungs des Universums und der Quantenmechanik leisteten. Das Jahr 2005 ist das hundertjährige Bestehen von Einsteins bemerkenswertester Arbeit in der Quantenphysik und Relativitätstheorie. 1905 promovierte Einstein an der Universität Zürich und veröffentlichte drei wissenschaftsverändernde Arbeiten.
Hinweis für die Redaktion: Der innovative Supercomputer von Joachim Stadel und Ben Moore besteht aus 300 Athlon-Prozessoren, die durch ein zweidimensionales Hochgeschwindigkeitsnetzwerk von Dolphin / SCI miteinander verbunden und durch ein patentiertes Luftstromsystem gekühlt werden. Weitere Informationen finden Sie unter http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/. Stadel, der das Projekt leitete, bemerkte: „Es war eine gewaltige Aufgabe, einen Supercomputer von Weltklasse aus Tausenden von Komponenten zusammenzubauen, aber als er fertiggestellt war, war er der schnellste in der Schweiz und der Supercomputer mit der höchsten Dichte der Welt. Der von uns verwendete parallele Simulationscode teilt die Berechnung auf, indem separate Teile des Modelluniversums auf verschiedene Prozessoren verteilt werden. “
Ursprüngliche Quelle: Institut für Theoretische Physik? Pressemitteilung der Universität Zürich
