Projicerad karta över densitetstäthet, skapad med hjälp av en simulering som mäter 2,4 miljarder ljusår på varje sida. . Den mellanliggande kvadraten (överst till höger) är knappt en miljon ljusår tvärs över. Den minsta kvadraten (nedre till vänster) är den djupaste zoomen:den är bara 783 ljusår i diameter, motsvarande 500 gånger solsystemets storlek. I den mellanliggande kvadraten (överst till höger) har de största haloerna av mörk materia en massa som liknar den hos en rik galaxhop (en miljon biljoner gånger solens massa). På den minsta rutan (nere till höger) har de minsta klart synliga haloerna en massa som är jämförbar med jordens (0,000003 solens massa). Kredit:Dr Sownak Bose, Centrum för astrofysik, Harvard Universitet
Kosmologer har zoomat in på de minsta klumpar av mörk materia i ett virtuellt universum – vilket kan hjälpa oss att hitta det verkliga i rymden.
Ett internationellt team av forskare, inklusive Durham University, STORBRITANNIEN, använde superdatorer i Europa och Kina för att fokusera på en typisk region i ett datorgenererat universum.
Zoomen de kunde uppnå motsvarar att kunna se en loppa på månens yta.
Detta gjorde det möjligt för dem att göra detaljerade bilder och analyser av hundratals virtuella klumpar av mörk materia (eller haloer) från de allra största till de minsta.
Mörk materia partiklar kan kollidera med mörk materia anti-partiklar nära mitten av haloe där, enligt vissa teorier, de omvandlas till en skur av energisk gammastrålning.
Deras resultat, publicerad i den prestigefyllda tidskriften Natur , skulle kunna innebära att dessa mycket små haloer skulle kunna identifieras i framtida observationer av den strålning de tros ge ut.
Medförfattare professor Carlos Frenk, Ogden professor i fundamental fysik vid Institute for Computational Cosmology, vid Durham University, STORBRITANNIEN, sade:"Genom att zooma in på dessa relativt små halogener av mörk materia kan vi beräkna mängden strålning som förväntas komma från olika halor.
"Det mesta av denna strålning skulle avges av halogener av mörk materia som är för små för att rymma stjärnor och framtida gammastrålningsobservatorier kan kanske upptäcka dessa utsläpp, göra dessa små föremål individuellt eller kollektivt 'synliga'.
"Detta skulle bekräfta den hypotesiska naturen hos den mörka materien, som kanske inte är helt mörkt trots allt."
Det mesta av materia i universum är mörkt (bortsett från gammastrålningen som de avger under exceptionella omständigheter) och helt annorlunda i naturen än det som består av stjärnor, planeter och människor.
Universum består av cirka 27 procent mörk materia och resten består till stor del av den lika mystiska mörka energin. Normal materia, som planeter och stjärnor, utgör relativt små fem procent av universum.
Projicerad mörk materiadensitetskarta, skapad med hjälp av en simulering som mäter 2,4 miljarder ljusår på varje sida. Den infällda fyrkanten (nedre till vänster) är den djupaste zoomen i simuleringen:den är bara 783 ljusår över, motsvarande 500 gånger solsystemets storlek. I den infällda torget, de minsta tydligt synliga haloerna av mörk materia har en massa som är jämförbar med jordens (0,000003 solens massa). Kredit:Dr Sownak Bose, Centrum för Astrofysik, Harvard Universitet.
Galaxer bildades och växte när gas svalnade och kondenserades i mitten av enorma klumpar av denna mörka materia - så kallade mörka materia-haloer.
Astronomer kan sluta sig till strukturen hos stora mörka materiahaloer från egenskaperna hos galaxerna och gasen i dem.
De största haloerna innehåller enorma samlingar av hundratals ljusa galaxer, kallas galaxhopar, väger en 1, 000 biljoner gånger mer än vår sol.
Dock, forskare har ingen direkt information om mindre haloer av mörk materia som är för små för att innehålla en galax. Dessa kan endast studeras genom att simulera universums utveckling i en stor superdator.
De minsta tros ha samma massa som jorden enligt nuvarande populärvetenskapliga teorier om mörk materia som ligger till grund för den nya forskningen.
Simuleringarna utfördes med hjälp av superdatorn Cosmology Machine, en del av DiRAC High-Performance Computing-anläggningen i Durham, finansierat av Science and Technology Facilities Council (STFC), och datorer vid den kinesiska vetenskapsakademin.
Genom att zooma in på det virtuella universum i sådana mikroskopiska detaljer, forskarna kunde studera strukturen hos halogener av mörk materia som sträcker sig i massa från jordens till ett stort galaxkluster.
Ett konstnärs intryck av mörk materia halor med olika massa i universum. Kredit:YU Jingchuan, Pekings planetarium
Förvånande, de fann att haloer av alla storlekar har en mycket liknande inre struktur och är extremt täta i mitten, blir alltmer utspridda, med mindre klumpar som kretsar runt i sina yttre regioner.
Forskarna sa att utan en måttskala var det nästan omöjligt att skilja en bild av en gloria av mörk materia från en massiv galax från en av en halo med en massa som är en bråkdel av solens.
Medförfattare professor Simon White, vid Max Planck Institute of Astrophysics, Tyskland, sa:"Vi förväntar oss att små haloer av mörk materia skulle vara extremt många, som innehåller en betydande del av all mörk materia i universum, men de skulle förbli mestadels mörka genom den kosmiska historien eftersom stjärnor och galaxer bara växer i haloer som är mer än en miljon gånger så massiva som solen.
"Vår forskning kastar ljus över dessa små haloer när vi försöker lära oss mer om vad mörk materia är och vilken roll den spelar i universums utveckling."
