Spiralna galaksija NGC 1300. Kliknite za povečavo
Raziskovalci so izkoristili moč enega najhitrejših superračunalnikov na svetu - simulator Zemlje - za modeliranje rasti galaksij v zgodnjem vesolju. Ekipa je simulirala postopek že na začetku, kmalu po velikem naletu, ko so se gruče plina združile v zvezde, ki so se nato združile v večje in večje zbirke in na koncu postale galaksije. Ugotovili so, da imajo galaksije, kot je Mlečna pot, verjetno enako sestavo kot prej, le milijardo let po velikem udaru.
Dva astronoma sta opravila eno največjih svetovnih simulacij astrofizike do zdaj, da bi modelirala rast galaksij. S superračunalnikom "Simulator Zemlje" na Japonskem, ki se uporablja tudi za modeliranje podnebja in simuliranje potresnih aktivnosti, sta Masao Mori iz kalifornijske univerze v Los Angelesu in Masayuki Umemura na univerzi Tsukuba izračunala, kako so se galaksije razvile v samo 300 milijonih let po Velikem prasku do današnjih dni. Rezultati kažejo, da so se galaksije morda razvile veliko hitreje, kot je trenutno verjel (Nature 440 644).
Po „hierarhičnem“ modelu se galaksije oblikujejo s postopkom od spodaj navzgor, ki se začne s tvorbo majhnih grud plina in zvezd, ki se nato združijo v večje sisteme. Mori in Umemura sta simulirala ta postopek s pomočjo močne 3D hidrodinamične kode v kombinaciji s kodo "spektralne sinteze" za astrofizično plazmo, da bi upoštevali dinamični in kemični razvoj primordialne galaksije. Simulacija Earth-Simulator je bila izvedena z ultra visoko ločljivostjo, ki je temeljila na 1024 "mrežnih točkah", zaradi česar je bil eden največjih izračunov, ki so ga kdaj opravili v astrofiziki.
Mori in Masayuki sta v svoji simulaciji postavila začetne pogoje na podlagi vesolja hladne temne snovi, katerega parametri so določeni z meritvami kozmičnega mikrovalovnega ozadja. Ta opažanja, prvič izvedena leta 2003, kažejo, da živimo v ravnem vesolju, ki obsega samo 4% navadne snovi, 22% temne snovi in 74% temne energije - v skladu s standardnim modelom kozmologije. Raziskovalci so nato svoje numerične rezultate neposredno primerjali z opazovanji primitivnih galaksij, imenovanih sevalniki Lyman-alfa in galaksije Lyman, ki jih astronomi najdejo v najbolj oddaljenih in zato najstarejših delih vesolja.
Rezultati kažejo, da primordialni mehurčki plina, ki so se oblikovali v zgodnjem vesolju samo 300 milijonov let po velikem naletu, resnično izgledajo kot izdajniki Lyman-alfa. Po približno 1 milijardi let simulacije kažejo, da te galaksije mutirajo v Lyman razbijajo galaksije. Končno, po 10 milijard let evolucije strukture spominjajo na današnje eliptične galaksije.
Simulacija tudi napoveduje mešanico kemičnih elementov v galaksiji na vsaki stopnji njene evolucije in kaže, da ima naša Mlečna pot približno enako sestavo kot danes, ko je bila stara le 1 milijardo let. Doslej se je domnevalo, da so se galaksije postopno razvijale in se obogatile v težjih elementih onkraj vodika in helija v obdobju 10 milijard let s ponavljajočimi se tvorbami zvezd in eksplozijami supernove.
"Naša ugotovitev kaže, da je nastajanje galaksij potekalo veliko hitreje in da je bilo v galaksijah v 1 milijardi let proizvedenih veliko težkih elementov," pravi Mori.
Izvirni vir: Inštitut za fiziko
