Selon de nouveaux calculs de scientifiques de l'Université de Zurich publiés dans le numéro de cette semaine de Nature, des halos fantomatiques de matière noire aussi lourds que la terre et aussi grands que notre système solaire ont été les premières structures à se former dans l'univers.
Notre propre galaxie contient encore des quadrillions de ces halos, dont un devrait passer par la Terre tous les quelques milliers d'années, laissant une traînée lumineuse et détectable de rayons gamma dans son sillage, selon les scientifiques. Au jour le jour, d'innombrables particules aléatoires de matière noire pleuvent sur la Terre et traversent notre corps sans être détectées.
«Ces halos de matière noire étaient la« colle »gravitationnelle qui attirait la matière ordinaire, permettant éventuellement aux étoiles et aux galaxies de se former», a déclaré le professeur Ben Moore de l'Institut de physique théorique de l'Université de Zurich, co-auteur du rapport Nature. . "Ces structures, les éléments constitutifs de tout ce que nous voyons aujourd'hui, ont commencé à se former tôt, seulement environ 20 millions d'années après le big bang."
La matière noire représente plus de 80% de la masse de l'univers, mais sa nature est inconnue. Il semble être intrinsèquement différent des atomes qui composent la matière tout autour de nous. La matière noire n'a jamais été détectée directement; sa présence est déduite de son influence gravitationnelle sur la matière ordinaire.
Les scientifiques zurichois ont basé leur calcul sur le principal candidat pour la matière noire, une particule théorique appelée neutrino, qui aurait été créée lors du big bang. Leurs résultats ont impliqué plusieurs mois de calcul des nombres sur la zBox, un nouveau supercalculateur conçu et construit à l'Université de Zurich par Moore and Drs. Joachim Stadel et Juerg Diemand, co-auteurs du rapport.
"Jusqu'à 20 millions d'années après le big bang, l'univers était presque lisse et homogène", a déclaré Moore. Mais de légers déséquilibres dans la distribution de la matière ont permis à la gravité de créer la structure familière que nous voyons aujourd'hui. Les régions de densité de masse plus élevée ont attiré plus de matière et les régions de faible densité ont perdu de la matière. La matière noire crée des puits gravitationnels dans l'espace et la matière ordinaire y circule. Les galaxies et les étoiles ont commencé à se former à la suite d'environ 500 millions d'années après le big bang, alors que l'univers a 13,7 milliards d'années.
À l'aide du supercalculateur zBox qui exploitait la puissance de 300 processeurs Athlon, l'équipe a calculé comment les neutrinos créés dans le big bang évolueraient avec le temps. Le neutrino est depuis longtemps un candidat privilégié pour la «matière noire froide», ce qui signifie qu'il ne se déplace pas rapidement et peut s'agglutiner pour créer un puits gravitationnel. Le neutrino n'a pas encore été détecté. Il s'agit d'une particule «supersymétrique» proposée, faisant partie d'une théorie qui tente de rectifier les incohérences dans le modèle standard des particules élémentaires.
Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont cru que les neutrinos pouvaient former d'énormes halos de matière noire et envelopper des galaxies entières aujourd'hui. Ce qui est ressorti du calcul du supercalculateur zBox de l’équipe de Zurich, ce sont trois faits nouveaux et saillants: les halos de la masse terrestre se sont formés en premier; ces structures ont des noyaux extrêmement denses permettant à des quadrillions d'avoir survécu aux âges de notre galaxie; ces halos «miniatures» de matière noire se déplacent dans leurs galaxies hôtes et interagissent avec la matière ordinaire au passage. Il est même possible que ces halos perturbent le nuage cométaire d'Oort bien au-delà de Pluton et envoient des débris à travers notre système solaire.
"La détection de ces halos de neutrinos est difficile mais possible", a expliqué l'équipe. Les halos émettent constamment des rayons gamma, la forme de lumière de la plus haute énergie, qui sont produits lorsque les neutrinos entrent en collision et s'anéantissent.
"Un halo qui passe dans notre vie (si nous avons de la chance), serait assez proche pour que nous puissions facilement voir une traînée lumineuse de rayons gamma", a déclaré Diemand, maintenant à l'Université de Californie à Santa Cruz.
La meilleure chance de détecter les neutrinos, cependant, est dans les centres galactiques, où la densité de matière noire est la plus élevée, ou dans les centres de ces halos de neutrinos de masse terrestre en migration. Des régions plus denses offriront une plus grande chance de collisions de neutrinos et donc plus de rayons gamma. "Ce serait encore difficile à détecter, comme essayer de voir la lumière d'une seule bougie placée sur Pluton", a déclaré Diemand.
La mission GLAST de la NASA, dont le lancement est prévu en 2007, sera capable de détecter ces signaux s’ils existent. Les observatoires terrestres de rayons gamma tels que VERITAS ou MAGIC pourraient également être capables de détecter les rayons gamma des interactions neutrino. Au cours des prochaines années, le Grand collisionneur de hadrons du CERN en Suisse confirmera ou exclura les concepts de supersymétrie.
Des images et des animations informatiques d'un halo de neutrinos et des premières structures de l'univers basées sur des simulations informatiques sont disponibles sur http://www.nbody.net
Albert Einstein et Erwin Schr? Dinger faisaient partie des anciens professeurs travaillant à l'Institut de physique théorique de l'Université de Zurich, qui ont apporté une contribution substantielle à notre compréhension de l'origine de l'univers et de la mécanique quantique. L’année 2005 marque le centenaire des travaux les plus remarquables d’Einstein en physique quantique et en relativité. En 1905, Einstein a obtenu son doctorat à l'Université de Zurich et a publié trois articles scientifiques.
Note aux rédacteurs: Le supercalculateur innovant conçu par Joachim Stadel et Ben Moore est un cube de 300 processeurs Athlon interconnectés par un réseau bidimensionnel à grande vitesse de Dolphin / SCI et refroidis par un système de circulation d'air breveté. Reportez-vous à http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/ pour plus de détails. Stadel, qui a dirigé le projet, a déclaré: «C'était une tâche ardue d'assembler un supercalculateur de classe mondiale à partir de milliers de composants, mais lorsqu'il a été achevé, il était le plus rapide de Suisse et le supercalculateur le plus dense au monde. Le code de simulation parallèle que nous utilisons divise le calcul en distribuant des parties distinctes de l'univers du modèle à différents processeurs. »
Source d'origine: Institut de physique théorique? Communiqué de presse de l'Université de Zurich
