NGC 1300 spirális galaxis. Kattintson a nagyításhoz
A kutatók a világ egyik leggyorsabb szuperszámítógépét - a Föld-szimulátort - kihasználták a galaxisok növekedésének modellezésére a korai világegyetemben. A csapat már a kezdetektől fogva szimulálta a folyamatot, röviddel a nagy robbanás után, amikor a gázcsomók csillagokká alakultak, amelyek nagyobb és nagyobb gyűjteményekbe egyesültek, és végül galaxisokká váltak. Úgy találták, hogy a Tejúthoz hasonló galaxisok valószínűleg ugyanolyan összetételűek, mint csak egy milliárd évvel a Nagyrobbanás után.
Két csillagász elvégezte a világ eddigi legnagyobb asztrofizikai szimulációját a galaxisok növekedésének modellezése céljából. A japán „Earth Simulator” szuperszámítógép segítségével, amelyet klímamodellezésre és szeizmikus aktivitás szimulálására is használnak, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem Masao Mori és a Tsukuba Egyetem Masayuki Umemura kiszámította a galaxisok fejlődését mindössze 300 millió évből a nagyroham után a mai napig. Az eredmények azt mutatják, hogy a galaxisok sokkal gyorsabban fejlődtek ki, mint ahogy azt jelenleg feltételezik (Nature 440 644).
A „hierarchikus” modell szerint a galaxisokat alulról felfelé építkező folyamat formálja, amely kis gáz- és csillagcsomók kialakulásával kezdődik, amelyek aztán nagyobb rendszerekbe egyesülnek. Mori és Umemura egy erőteljes 3D-s hidrodinamikai kóddal szimulálták ezt a folyamatot egy asztrofizikai plazma „spektrális szintézis” kódjával kombinálva, hogy figyelembe vegyék egy ős galaxis dinamikai és kémiai fejlődését. A Föld-Szimulátor szimulációt rendkívül nagy felbontással végeztük, 1024 „rácspont” alapján, ez volt az egyik legnagyobb számítás, amelyet az asztrofizikában valaha végeztek.
Mori és Masayuki a hideg sötét anyag univerzumon alapulva szimulációjukban felállították a kezdeti feltételeket, amelyek paramétereit a kozmikus mikrohullámú háttér mérése határozza meg. Ezek az első, 2003-ban tett megfigyelések azt mutatják, hogy lapos univerzumban élünk, amely mindössze 4% rendes anyagot, 22% sötét anyagot és 74% sötét energiát tartalmaz - összhangban a kozmológia szokásos modelljével. A kutatók ezután közvetlenül összehasonlították numerikus eredményeiket a Lyman-alfa-sugárzóknak nevezett primitív galaxisok és a „Lyman-törés” galaxisok megfigyeléseivel, amelyeket a csillagászok az univerzum legtávolabbi és ezért legöregebb részein találnak.
Az eredmények azt mutatják, hogy az elsődleges gázbuborékok, amelyek a korai világegyetemben csak 300 millió évvel a nagy robbanás után képződtek, valóban Lyman-alfa-kibocsátóknak tűnnek. Körülbelül 1 milliárd év elteltével a szimulációk azt mutatják, hogy ezek a galaxisok mutációba kerülnek a Lyman-i törő galaxisokba. Végül, 10 milliárd éves evolúció után a struktúrák a mai elliptikus galaxisokra hasonlítanak.
A szimuláció előre jelzi a kémiai elemek keverékét a galaxisban evolúciójának minden szakaszában, és arra utal, hogy a Tejútunk mai összetétele nagyjából megegyezik, mint amikor csak egy milliárd éves volt. Eddig a galaxisoknak azt gondolták, hogy fokozatosan fejlődtek, és 10 milliárd év alatt a hidrogéneken és a héliumon túlmenő nehezebb elemekben gazdagodtak az ismételt csillagképződés és a szupernóva robbanások következtében.
"Megállapításunk azt mutatja, hogy a galaxisok kialakulása sokkal gyorsabban haladt, és hogy csak egy milliárd év alatt nagy mennyiségű nehéz elem keletkezett a galaxisokban" - mondja Mori.
Eredeti forrás: Fizikai Intézet
