Hvordan så universet ut tidlig i historien, bare 500 millioner år etter Big Bang? Foreløpig har vi ingen mulighet til å "se" tilbake så langt med teleskopene våre, men kosmologer fra Durham University i Storbritannia har brukt en datasimulering for å forutsi hvordan det tidlige universet ville ha vist seg. Bildene skildrer “Cosmic Dawn”, og beregner dannelsen av de første store galaksene. Simuleringen forsøker også å skjelne hvilken rolle mørk materie spilte i galaksedannelse. "Vi ser effektivt tilbake i tid og ved å gjøre det håper vi å lære hvordan galakser som våre egne ble laget og å forstå mer om mørk materie," sa Alvaro Orsi, hovedforfatter av studien fra Durham Universitys Institute for Computational Cosmology (ICC) ). "Tilstedeværelsen av mørk materie er nøkkelen til å bygge galakser - uten mørk materie ville vi ikke være her i dag."
I bildene produsert av datasimuleringen representerer de grønne virvlene mørk materie, som forskerne sier er en essensiell ingrediens i galaksedannelse, mens sirklene viser stjernedannelsesfrekvensen i galakser. De forskjellige fargesirklene representerer den varierende lysstyrken til stjernedannelse, hvor gul er lysest. Toppbildet skildrer universet som det var 590 millioner år etter Big Bang, og bildet nedenfor viser universet 1 milliard år etter Big Bang, da stjernedannelsesraten begynner å øke.
De aller første galaksene ble skapt av ruskene fra massive stjerner som døde eksplosivt like etter universets begynnelse. Durham-beregningen spår hvor disse galaksene vises og hvordan de utvikler seg til i dag, over 13 milliarder år senere. Selv om galaksene i dag er større, danner de ikke stjerner så raskt nå som før. "Forskningen vår spår hvilke galakser som vokser gjennom dannelsen av stjerner på forskjellige tidspunkter i universets historie og hvordan disse forholder seg til den mørke saken," sa medforfatter Dr. Carlton Baugh. "Vi gir datamaskinen det vi tror er oppskriften på galaksdannelse, og vi ser hva som er produsert som deretter testes mot observasjoner av ekte galakser."
Den massive simuleringen viser hvordan strukturer vokser i mørk materie med en modell som viser hvordan normal materie, for eksempel gass, oppfører seg for å forutsi hvordan galakser vokser. Gass kjenner tyngdekraften fra mørk materie og blir varmet opp før den avkjøles ved å frigjøre stråling og bli til stjerner. Simulasjonsbildene viser hvilke galakser som danner stjerner sterkest på et gitt tidspunkt. Bildet nedenfor viser universet 1,9 milliarder år etter Big Bang, en veldig aktiv tid med stjerneformasjoner i galakser.
Beregningene av Durham-teamet, støttet av forskere ved Universidad Catolica i Santiago, Chile, kan testes mot nye observasjoner som når tilbake til tidlige stadier i universets historie nesten en milliard år etter Big Bang. Professor Keith Mason, administrerende direktør for Science and Technology Facility Council, sa: "Beregningskosmologi spiller en viktig rolle i vår forståelse av universet. Ikke bare lar disse simuleringene oss se tilbake i tid til det tidlige universet, men de kompletterer arbeidet og observasjonene til astronomene våre. ”
Dette bildet viser Space Magazine, 13,6 milliarder år etter Big Bang. Galakser danner ikke stjerner så raskt nå som før.
Teamet håper at ytterligere studier og simuleringer av effekter av mørk materie på galakser vil hjelpe astronomer å lære mer om hva dette allestedsnærværende stoffet er.
Kilde: Science and Technology Facilities Council
Institute for Computational Cosmology, Durham University
Institutt for fysikk, Durham University
