Analisi al supercomputer Lonestar e il telescopio Spitzer per la materia oscura

Il telescopio Spitzer

Super computer Lonestar

Galassia nana

Oggi gli astronomi utilizzano sia i dati provenienti da telescopi e la modellazione informatica di nuova concezione per risolvere un dibattito che si trascina da 20 anni: come la materia oscura è distribuita in piccole galassie.                                                                                                                              Gli astronomi presso l'Università del Texas ad Austin hanno scoperto la risposta a un dibattito di 20 anni su come il misterioso materiale cosmico  denominato "materia oscura" è distribuito in piccole galassie. John Jardel e  Karl Gebhardt  hanno scoperto che la distribuzione, in media, segue una semplice legge di densità decrescente dal centro della galassia, anche se l'esatta distribuzione varia spesso da galassia a galassia. La materia oscura è materia che non emette alcuna luce, ma che gli astronomi rilevano dal riscontrare come agisce la sua forza gravitazionale sulle stelle. Le teorie abbondano su ciò che la materia oscura potrebbe essere composta e s’ipotizza di - particelle invisibili, stelle morte, e di più - ma nessuno lo sa per certo. La comprensione della natura della materia oscura è importante, perché include la maggior parte della materia nell'universo. L'unico modo per capire come il cosmo si è evoluto fino allo stato attuale è quello di decodificare il ruolo della materia oscura. Per questo motivo, gli astronomi studiano la distribuzione della materia oscura all'interno di galassie e su scale ancora più grandi. Le galassie nane, in particolare, sono grandi laboratori per lo studio della materia oscura, dice Jardel, perché contengono fino a 1.000 volte più materia oscura che materia normale.                  Galassie normali come la Via Lattea, d'altra parte, contengono solo 10 volte più materia oscura che materia normale. Negli ultimi 20 anni, gli astronomi osservativi e teorici hanno dibattuto come la materia oscura è distribuita nelle galassie. Astronomi osservazionali, attraverso i loro studi su dati del telescopio, hanno sostenuto che le galassie hanno una distribuzione abbastanza uniforme della materia oscura. I teorici, supportati da simulazioni al computer dal 1990, hanno sostenuto che la densità di materia oscura diminuisce costantemente dal nucleo di una galassia quando si arriva al suo hinterland. Il disaccordo è conosciuto come il "cuore del dibattito . “                                                                            

Il supercomputer Lonestar è una risorsa del Texas Advanced Computing Center (TACC) presso l'Università del Texas ad Austin. Si tratta di un cluster Linux di Dell con 5840 core di elaborazione, e una performance di picco di 62 teraflop (62.000 miliardi operazioni il secondo). Dal suo lancio nel 2006, Lonestar ha fornito oltre 85 milioni di ore di calcolo a circa 1.100 ricercatori in tutta la nazione .

Il lavoro di Jardel si proponeva di studiare la questione utilizzando sia dati da telescopi e la modellizzazione informatica di nuova concezione. Il progetto è partito " non assumendo il cuore del dibattito come giusta teoria, " dice, " ma solo chiedendosi ' che cos'è? '. I nuovi modelli informatici hanno permesso di adottare quest’ approccio . "Jardel ha usato osservazioni telescopiche di alcune delle galassie satelliti in orbita intorno alla Via Lattea, tra cui Carina, Draco, Fornace, Scultore, e Sestante, tutte nane delle galassie. Il lavoro ha coinvolto molti modelli di supercomputer per ogni galassia teso a determinare la distribuzione della materia oscura al suo interno, utilizzando Texas Advanced Computing Center dell'università (TACC). Ha scoperto che in alcune delle galassie, la densità di materia oscura è diminuita costantemente dal centro. In altri, la densità si è mantenuta costante. E in alcune galassie cadeva invece come valori in mezzo. Tuttavia, quando le distribuzioni di tutte le galassie sono stati analizzati insieme, i risultati hanno mostrato che, in media, i teorici avevano ragione .                                                                         "Quando si guarda a singole galassie ", dice Jardel, "alcune di loro sembrano molto diversi dalle aspettative. Tuttavia, quando si media diverse galassie insieme, queste differenze tendono ad annullarsi a vicenda . "Questo suggerisce che la teoria alla base della materia oscura nelle galassie è corretta nel complesso, ma che" ogni galassia si sviluppa in modo leggermente diverso. "I risultati non " pongono più domande - dice Jardel - su materia oscura stessa, e come normale la materia interagisce con la materia oscura" per formare i tipi di galassie viste oggi. Possibili prossimi passi in questa ricerca includono sempre più osservazioni telescopiche di queste galassie, sia i loro centri e le loro regioni periferiche estreme, per comprendere la distribuzione della materia oscura ancora meglio. Più teoria è necessaria anche per spiegare i dettagli del perché aloni di materia oscura in alcune galassie si discostano dalla norma. Lavoro parzialmente finanziato da una sovvenzione da parte del National Science Foundation.

Il supercomputer Lonestar è una risorsa del Texas Advanced Computing Center (TACC) presso l'Università del Texas ad Austin. Si tratta di un cluster Linux di Dell con 5840 core di elaborazione, e una performance di picco di 62 teraflop (62.000 miliardi operazioni al secondo). Dal suo lancio nel 2006, Lonestar ha fornito oltre 85 milioni di ore di calcolo a circa 1.100 ricercatori in tutta la nazione.

La galassia nana Fornax è una delle galassie nane vicine alla nostra Via Lattea. La Via Lattea è, come tutte le grandi galassie, che sono formate da piccole galassie nei primi tempi dell'Universo. Queste piccole galassie dovrebbero contenere anche molte stelle molto vecchie, come si evidenzia nella Via Lattea, e un team di astronomi l’ha dimostrato. Questa immagine è stata composta dai dati dal Digitized Sky Survey 2.