Spiralna galaksija NGC 1300. Klikni za veću sliku
Istraživači su iskoristili snagu jednog od najbržih svjetskih superračunala - Zemaljskog simulatora - za modeliranje rasta galaksija u ranom Svemiru. Tim je simulirao proces odmah na početku, ubrzo nakon Velikog praska, kada su se nakupine plinova spojile u zvijezde koje su se tada spojile u veće i veće kolekcije, i konačno postale galaksije. Otkrili su da galaksije poput Mliječnog puta vjerojatno imaju isti sastav kao i samo milijardu godina nakon Velikog praska.
Dva astronoma izvela su jednu od najvećih svjetskih astrofizičkih simulacija do danas kako bi modelirali rast galaksija. Pomoću superračunala "Simulator Zemlje" u Japanu, koji se također koristi za modeliranje klime i simulira seizmičke aktivnosti, Masao Mori sa Kalifornijskog sveučilišta u Los Angelesu i Masayuki Umemura na Sveučilištu Tsukuba izračunali su kako su se galaksije razvile u samo 300 milijuna godina nakon Velikog praska do danas. Rezultati pokazuju da su se galaksije mogle razvijati mnogo brže nego što se trenutačno vjeruje (Nature 440 644).
Prema "hijerarhijskom" modelu, galaksije nastaju postupkom odozdo prema gore koji započinje stvaranjem malih nakupina plina i zvijezda koje se zatim spajaju u veće sustave. Mori i Umemura simulirali su ovaj proces koristeći snažni 3D hidrodinamički kod kombiniran sa "spektralnom sintezom" za astrofizičku plazmu kako bi uzeli u obzir dinamičku i kemijsku evoluciju primordijalne galaksije. Simulacija Earth-Simulator izvedena je s ultra velikom rezolucijom na temelju 1024 "mrežne točke", što ga čini jednim od najvećih izračunavanja ikada provedenih u astrofizici.
Mori i Masayuki postavili su početne uvjete u svojoj simulaciji temeljenoj na svemiru hladne tamne materije, čiji se parametri određuju mjerenjem kozmičke mikrovalne pozadine. Ova opažanja, prvi put izvedena 2003. godine, pokazuju da živimo u ravnom svemiru koji sadrži samo 4% obične materije, 22% tamne materije i 74% tamne energije - u skladu sa standardnim modelom kosmologije. Istraživači su zatim izravno usporedili njihove numeričke rezultate s opažanjima primitivnih galaksija zvanih Lyman-alfa emiteri i "Lyman break" galaksija, koje astronomi pronalaze u najudaljenijim, a time i najstarijim dijelovima svemira.
Rezultati pokazuju da primordijalni mjehurići plinova koji su se formirali u ranom svemiru samo 300 milijuna godina nakon Velikog praska doista izgledaju poput emitanata Lyman-alfe. Nakon otprilike milijardu godina, simulacije pokazuju da ove galaksije mutiraju u Lyman razbijaju galaksije. Konačno, nakon 10 milijardi godina evolucije, strukture nalikuju današnjim eliptičnim galaksijama.
Simulacija također predviđa mješavinu kemijskih elemenata u galaksiji u svakoj fazi njezine evolucije, i sugerira da naš Mliječni put ima otprilike isti sastav kao i prije kad je imao samo milijardu godina. Do sada se smatralo da su se galaksije razvijale postupno i obogatile su se težim elementima izvan vodika i helija tijekom razdoblja od 10 milijardi godina ponovljenim nastajanjem zvijezda i eksplozijama supernove.
"Naše otkriće pokazuje da se formiranje galaksija odvijalo mnogo brže i da je u galaksijama proizvedena velika količina teških elemenata u samo milijardu godina", kaže Mori.
Izvorni izvor: Institut za fiziku
