Компьютерное моделирование гало темной материи, окружающего нашу галактику, поможет найти первые твердые доказательства ее существования.

Темная материя — субстанция, наблюдать которую можно лишь по ее гравитационному влиянию на обычную материю. Существование ее до недавнего времени было предсказано только теоретически. И лишь в последние годы стали появляться достоверные экспериментальные свидетельства. Но сама природа темной материи остается областью, в которой можно строить лишь гипотезы. Самая популярная говорит о том, что она состоит из тяжелых и малоподвижных субатомных частиц — эта версия известна под названием «холодной темной материи». Другая — гипотеза «теплой темной материи», напротив, подразумевает существование очень быстрых и легких частиц.

Версия холодной темной материи предполагает, что в молодой Вселенной сразу после Большого Взрыва ее тяжелые частицы медленно двигались, позволяя частицам обычной материи стягиваться, постепенно формируя облака и первые звезды, и не позволяя просто равномерно распределиться по всему пространству. На основе этой гипотезы американские ученые во главе с Пьеро Мадау (Piero Madau) провели эксперименты по компьютерному моделированию гало темной материи, окружающей нашу галактику. Выяснилось, что сгустки и тяжи темной материи можно найти и внутри Млечного Пути, и даже в пределах самой Солнечной системы.

Это исследование позволит пролить свет и на саму природу темной материи. Дело в том, что согласно гипотезе холодной темной материи, в ее состав входят слабо взаимодействующие массивные частицы — вимпы (от английского WIMPs, weakly interacting massive particles), которые могут взаимно аннигилировать, испустив при этом гамма-лучи. А это излучение уже можно обнаружить современными приборами — например, недавно выведенным на орбиту гамма-телескопом GLAST (читайте об этом уникальном спутнике: «Семена Большого Взрыва»).

«Именно это делает наше исследование интересным, — говорит сам доктор Мадау, — некоторые из обнаруженных нами при моделировании сгустков темной материи достаточно плотные для того, чтобы в них происходила аннигиляция и выделялось гамма-излучение, которое мы можем обнаружить». Если такое произойдет, то это станет первым достоверным случаем наблюдения вимпов — предыдущие свидетельства (например, те, о которых мы рассказывали в заметке «Темная материя попалась?») не отличаются полной ясностью.

Несмотря на все трудности, ученые считают, что темная материя составляет до 82% всей материи нашей Вселенной. Ее сгустки создают «гравитационные колодцы», которые притягивают обычную материю и тем самым способствуют формированию галактик как раз в центрах скоплений темной материи.

Напоследок добавим, что компьютерное моделирование подобных процессов — задача сложнейшая. Эксперимент, о котором мы рассказали, потребовал использования суперкомпьютера Jaguar, который за месяц работы в общих чертах показал движение темной материи, начиная с первых мгновений после Большого Взрыва и заканчивая сегодняшним днем. Если учесть, что Jaguar использует параллельно 3 тыс. процессоров, ему понадобилось около 1,1 млн часов загрузки процессора.

По публикации Universe Today