Spiralinė galaktika NGC 1300. Spustelėkite, kad padidintumėte
Tyrinėtojai pasinaudojo greičiausių pasaulyje superkompiuterių - Žemės modeliavimo įrenginio - galia, kad galėtų modeliuoti galaktikų augimą ankstyvojoje Visatoje. Komanda imitavo procesą nuo pat pradžių, netrukus po Didžiojo sprogimo, kai dujų sankaupos susibūrė į žvaigždes, kurios vėliau susijungė į vis didesnes kolekcijas ir galiausiai tapo galaktikomis. Jie nustatė, kad tokių galaktikų kaip Paukščių Takas sudėtis dabar yra tokia pati, kaip ir tik po milijardo metų po Didžiojo sprogimo.
Du astronomai atliko vieną didžiausių iki šiol pasaulyje astrofizikos modeliavimų, norėdami modeliuoti galaktikų augimą. Naudodamiesi superkompiuteriu „Earth Simulator“ Japonijoje, kuris taip pat naudojamas klimato modeliavimui ir seisminio aktyvumo modeliavimui, Masao Mori iš Kalifornijos universiteto Los Andžele ir Masayuki Umemura prie Tsukuba universiteto apskaičiavo, kaip galaktikos evoliucionavo vos per 300 milijonų metų po Didžiojo sprogimo iki šių dienų. Rezultatai rodo, kad galaktikos galėjo vystytis daug greičiau, nei šiuo metu tikima („Nature 440 644“).
Pagal „hierarchinį“ modelį, galaktikos susidaro iš apačios į viršų vykstančiu procesu, kuris prasideda nuo mažų dujų ir žvaigždžių gumulėlių susidarymo, kurie vėliau susilieja į didesnes sistemas. Mori ir Umemura modeliavo šį procesą naudodamiesi galingu 3D hidrodinaminiu kodu, sujungtu su „spektrinės sintezės“ kodu astrofizinei plazmai, kad būtų galima atsižvelgti į pirminės galaktikos dinaminę ir cheminę raidą. Žemės imitavimo imitacija buvo atlikta ypač aukšta skiriamąja geba, remiantis 1024 „tinklo taškais“, todėl tai buvo vienas didžiausių skaičiavimų, kada nors atliktų astrofizikos srityje.
Mori ir Masayuki modeliuodami pradines sąlygas, remiasi šaltos tamsiosios medžiagos visata, kurios parametrai nustatomi matuojant kosminį mikrobangų foną. Šie stebėjimai, pirmą kartą atlikti 2003 m., Rodo, kad mes gyvename plokščioje visatoje, kurią sudaro tik 4% paprastosios medžiagos, 22% tamsiosios medžiagos ir 74% tamsiosios energijos - pagal standartinį kosmologijos modelį. Tada tyrėjai tiesiogiai palygino savo skaitinius rezultatus su primityvių galaktikų, vadinamų Lymano alfa spinduliuotėmis, ir „Lymano lūžio“ galaktikų, kurias astronomai randa tolimiausiose ir todėl seniausiose visatos dalyse, stebėjimais.
Rezultatai rodo, kad pirmykščiai dujų burbuliukai, susiformavę ankstyvojoje visatoje praėjus vos 300 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, iš tiesų atrodo kaip Lymano alfa skleidėjai. Maždaug po 1 milijardo metų modeliavimas rodo, kad šios galaktikos mutavosi į Lymano lūžių galaktikas. Galiausiai, po 10 milijardų evoliucijos metų, struktūros primena šių dienų elipsines galaktikas.
Modeliavimas taip pat numato cheminių elementų mišinį galaktikoje kiekviename jos evoliucijos etape ir leidžia manyti, kad mūsų Paukščių Takas šiandien yra maždaug tokios pačios sudėties, kaip ir būdamas vos 1 milijardo metų. Iki šiol buvo manoma, kad galaktikos palaipsniui evoliucionavo ir praturtėjo sunkesniais elementais už vandenilio ir helio ribų per 10 milijardų metų dėl pakartotinių žvaigždžių susidarymo ir supernovų sprogimų.
„Mūsų atradimas rodo, kad galaktikų formavimasis vyko daug greičiau ir kad vos per 1 milijardą metų galaktikose susidarė didelis kiekis sunkiųjų elementų“, - sako Mori.
Originalus šaltinis: Fizikos institutas
