La supercomputadora más poderosa de la NASA ha ayudado a los investigadores a simular el halo de materia oscura que rodea la Vía Láctea. Esta nueva simulación por computadora muestra cómo la materia oscura se agrupa en "subhalos" dentro del halo más grande que rodea la Vía Láctea. Esto es un poco un enigma, ya que la materia oscura no coincide con el agrupamiento de las galaxias satélite que nos rodean.
Investigadores de la Universidad de California, Santa Cruz, han utilizado la supercomputadora más poderosa de la NASA para ejecutar la simulación más grande hasta la fecha de la formación y evolución del halo de materia oscura que envuelve la galaxia de la Vía Láctea. Sus resultados muestran subestructuras dentro del halo con detalles sin precedentes, proporcionando una herramienta valiosa para comprender la historia evolutiva de nuestra galaxia.
Cada galaxia está rodeada por un halo de misteriosa materia oscura que solo puede detectarse indirectamente observando sus efectos gravitacionales. El halo invisible es mucho más grande y más esférico que la galaxia luminosa en su centro. Simulaciones informáticas recientes han demostrado que el halo es sorprendentemente grumoso, con concentraciones relativamente densas de materia oscura en "subhalos" gravitacionalmente unidos dentro del halo. El nuevo estudio, que ha sido aceptado para su publicación en el Astrophysical Journal, muestra una estructura mucho más extensa que cualquier estudio anterior.
"Encontramos casi 10,000 subhalos, aproximadamente un orden de magnitud más que en cualquier simulación pasada, y algunos de nuestros subhalos exhiben 'subestructura'. Esto se esperaba en teoría, pero lo hemos demostrado por primera vez en una simulación numérica", dijo Piero Madau, profesor de astronomía y astrofísica en la UCSC y coautor del artículo.
Jürg Diemand, becario postdoctoral de Hubble en UCSC y primer autor del artículo, dijo que los nuevos resultados exacerban lo que se conoce como el "problema de satélite perdido". El problema es que la aglomeración de la materia normal dentro y alrededor de nuestra galaxia, en forma de galaxias satélite enanas, no coincide con la aglomeración de la materia oscura que se ve en la simulación.
“Los astrónomos siguen descubriendo nuevas galaxias enanas, pero todavía hay solo alrededor de 15, en comparación con aproximadamente 120 subhalos de materia oscura de tamaño comparable en nuestra simulación. Entonces, ¿cuáles albergan las galaxias enanas y por qué? Dijo Diemand.
Los modelos teóricos en los que la formación de estrellas se restringe a ciertos tipos de halos de materia oscura, suficientemente grandes o de formación temprana, pueden ayudar a resolver la discrepancia, dijo Madau.
Aunque la naturaleza de la materia oscura sigue siendo un misterio, parece representar aproximadamente el 82 por ciento de la materia en el universo. Como resultado, la evolución de la estructura en el universo ha sido impulsada por las interacciones gravitacionales de la materia oscura. La materia "normal" que forma gas y estrellas ha caído en los "pozos gravitacionales" creados por grupos de materia oscura, dando lugar a galaxias en los centros de halos de materia oscura.
Inicialmente, la gravedad actuó sobre ligeras fluctuaciones de densidad presentes poco después del Big Bang para juntar los primeros grupos de materia oscura. Estos se convirtieron en grupos cada vez más grandes a través de la fusión jerárquica de progenitores más pequeños. Este es el proceso que los investigadores de la UCSC simularon en la supercomputadora Columbia en el Centro de Investigación Ames de la NASA, una de las computadoras más rápidas del mundo. La simulación tardó un par de meses en completarse, ejecutándose en 300 a 400 procesadores a la vez por 320,000 "horas de CPU", dijo Diemand.
El coautor Michael Kuhlen, quien comenzó a trabajar en el proyecto como estudiante graduado en la UCSC y ahora está en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, dijo que los investigadores establecieron las condiciones iniciales en función de los resultados más recientes de la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP) experimentar. Lanzados en marzo, los nuevos resultados de WMAP proporcionan la imagen más detallada del universo infantil.
La simulación comienza aproximadamente 50 millones de años después del Big Bang y calcula las interacciones de 234 millones de partículas de materia oscura durante 13.7 mil millones de años de tiempo cosmológico para producir un halo en la misma escala que la Vía Láctea. Los grupos dentro del halo son los restos de fusiones en las que los núcleos de halos más pequeños sobrevivieron como subhalos unidos gravitacionalmente en órbita dentro del sistema host más grande.
La simulación produjo cinco subhalos masivos (cada uno más de 30 millones de veces la masa del Sol) y muchos más pequeños dentro del 10 por ciento interno del halo del huésped. Sin embargo, solo una galaxia enana conocida (Sagitario) está tan cerca del centro de la Vía Láctea, dijo Diemand.
“Hay grandes grupos de materia oscura en la misma región donde estaría el disco de la Vía Láctea. Entonces, incluso en el vecindario local de nuestro sistema solar, la distribución de la materia oscura puede ser más complicada de lo que asumimos ”, dijo.
Los astrónomos pueden detectar grupos de materia oscura dentro del halo de la Vía Láctea con futuros telescopios de rayos gamma, pero solo si la materia oscura consiste en los tipos de partículas que darían lugar a emisiones de rayos gamma. Ciertos candidatos de materia oscura, como el neutralino, una partícula teórica predicha por la teoría de la supersimetría, podrían aniquilarse (es decir, destruirse mutuamente) en colisiones, generando nuevas partículas y emitiendo rayos gamma.
"Los telescopios de rayos gamma existentes no han detectado la aniquilación de la materia oscura, pero los próximos experimentos serán más sensibles, por lo que hay alguna esperanza de que los subhalos individuales puedan producir una firma observable", dijo Kuhlen.
En particular, los astrónomos esperan resultados interesantes del telescopio espacial de gran área de rayos gamma (GLAST), programado para su lanzamiento en 2007, dijo.
La simulación también proporciona una herramienta útil para los astrónomos observacionales que estudian las estrellas más antiguas de nuestra galaxia al proporcionar un vínculo entre las observaciones actuales y las fases anteriores de formación de galaxias, dijo Diemand.
“Las primeras galaxias pequeñas se formaron muy temprano, unos 500 millones de años después del Big Bang, y todavía hoy hay estrellas en nuestra galaxia que se formaron en este momento temprano, como un registro fósil de la formación estelar temprana. Nuestra simulación puede proporcionar el contexto de dónde vinieron esas viejas estrellas y cómo terminaron hoy en galaxias enanas y en ciertas órbitas en el halo estelar ", dijo Diemand.
Fuente original: Comunicado de prensa de UC Santa Cruz
