Spiralgalakse NGC 1300. Klikk for å forstørre
Forskere har utnyttet kraften som en av verdens raskeste superdatamaskiner - Earth Simulator - for å modellere veksten av galakser i det tidlige universet. Teamet simulerte prosessen helt fra begynnelsen, kort tid etter Big Bang, da klumper av gass samlet seg for å danne stjerner som deretter smeltet sammen til større og større samlinger, og til slutt ble galakser. De fant ut at galakser som Melkeveien antagelig har den samme sammensetningen nå som de gjorde bare en milliard år etter Big Bang.
To astronomer har utført en av verdens største astrofysiske simuleringer hittil for å modellere veksten av galakser. Ved å bruke "Earth Simulator" superdatamaskinen i Japan, som også brukes til klimamodellering og simulering av seismisk aktivitet, har Masao Mori fra University of California i Los Angeles og Masayuki Umemura ved University of Tsukuba beregnet hvordan galakser utviklet seg fra bare 300 millioner år etter Big Bang til i dag. Resultatene viser at galakser kan ha utviklet seg mye raskere enn antatt nå (Nature 440 644).
I henhold til den "hierarkiske" modellen dannes galakser via en bottom-up-prosess som starter med dannelsen av små klumper av gass og stjerner som deretter smelter sammen til større systemer. Mori og Umemura simulerte denne prosessen ved å bruke en kraftig 3D-hydrodynamisk kode kombinert med en "spektral syntese" -kode for et astrofysisk plasma for å ta hensyn til den dynamiske og kjemiske utviklingen av en eldgamle galakse. Earth-Simulator-simuleringen ble utført med en ultrahøy oppløsning basert på 1024 "rutenettpunkter", noe som gjør den til en av de største beregningene som noen gang er utført i astrofysikk.
Mori og Masayuki satte opp de opprinnelige forholdene i simuleringen deres basert på et kaldt mørk materieunivers, hvis parametre bestemmes av målinger av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. Disse observasjonene, først gjort i 2003, viser at vi lever i et flatt univers som bare består av 4% vanlig stoff, 22% mørk materie og 74% mørk energi - i samsvar med standardmodellen for kosmologi. Da sammenlignet forskerne sine numeriske resultater med observasjoner av primitive galakser kalt Lyman-alpha emitters og “Lyman break” galakser, som astronomer finner i de fjerneste og derfor eldste deler av universet.
Resultatene viser at de eldste gassboblene som dannet seg i det tidlige universet bare 300 millioner år etter Big Bang, faktisk ser ut som Lyman-alfa-utsendere. Etter omtrent 1 milliard år viser simuleringene at disse galakene muterer til Lyman bryter galakser. Endelig, etter 10 milliarder år med evolusjon, ligner strukturene dagens elliptiske galakser.
Simuleringen spår også blandingen av kjemiske elementer i galaksen på hvert trinn i dens utvikling, og antyder at Melkeveien vår har omtrent den samme sammensetningen i dag som den gjorde da den bare var 1 milliard år gammel. Til nå ble antatt at galakser hadde utviklet seg gradvis og blitt beriket i tyngre elementer utover hydrogen og helium over en periode på 10 milliarder år ved gjentatt stjernedannelse og supernovaeksplosjoner.
"Funnet vårt viser at galakseformasjonen foregikk mye raskere og at en stor mengde tunge elementer ble produsert i galakser på bare 1 milliard år," sier Mori.
Opprinnelig kilde: Institute of Physics
