Miltä näytti maailmankaikkeus varhaisessa vaiheessa historiassa, vain 500 miljoonaa vuotta Ison räjähdyksen jälkeen? Tällä hetkellä meillä ei ole keinoa "katsoa" taaksepäin niin kaukana teleskooppiemme kanssa, mutta Ison-Britannian Durhamin yliopiston kosmologit ovat käyttäneet tietokonesimulaatiota ennustaakseen, kuinka hyvin varhainen maailmankaikkeus olisi ilmestynyt. Kuvat kuvaavat ”Kosmista valkeutta” ja laskevat ensimmäisten suurten galaksien muodostumisen. Simulaatio pyrkii myös erottamaan tumman aineen roolin galaksien muodostumisessa. "Etsimme tosiasiallisesti taaksepäin ajassa ja tekemällä niin toivomme oppivan, kuinka omien kaltaisiamme galakseja tehtiin, ja ymmärtämään enemmän pimeästä aineesta", kertoi Alvaro Orsi, tutkimuksen pääkirjailija Durhamin yliopiston laskennallisesta kosmologiainstituutista (ICC). ). "Pimeän aineen läsnäolo on avain galaksien rakentamiseen - ilman tummaa ainetta emme olisi täällä tänään."
Tietokonesimulaation tuottamissa kuvissa vihreät pyörteet edustavat tummaa ainetta, joka tutkijoiden mukaan on oleellinen ainesosa galaksien muodostumisessa, kun taas ympyrät osoittavat tähtiä muodostumisnopeutta galakseissa. Eri väriympyrät edustavat tähtien muodostumisen vaihtelevaa kirkkautta keltaisen ollessa kirkkain. Yläkuva kuvaa maailmankaikkeutta sellaisena kuin se oli 590 miljoonaa vuotta suuren räjähdyksen jälkeen, ja alla oleva kuva osoittaa maailmankaikkeuden miljardin vuoden kuluttua suuremmasta räjähdyksestä, kun tähtiä muodostuvat nopeudet alkavat nousta.
Aivan ensimmäiset galaksit luotiin massiivisten tähteiden jätteistä, jotka kuolivat räjähtävästi pian maailmankaikkeuden alkamisen jälkeen. Durham-laskelma ennustaa, missä nämä galaksit ilmestyvät ja miten ne kehittyvät nykypäivään, yli 13 miljardia vuotta myöhemmin. Vaikka galaksit ovat nykyään suurempia, ne eivät muodosta tähtiä niin nopeasti kuin aikaisemmin. "Tutkimuksemme ennustaa, mitkä galaksit kasvavat tähtien muodostumisen kautta maailmankaikkeuden eri aikoina ja kuinka nämä liittyvät pimeään aineeseen", kertoi avustaja tohtori Carlton Baugh. "Annamme tietokoneelle, mikä meidän mielestämme on galaksien muodostumisen resepti, ja näemme tuotetun, mikä testataan sitten oikeiden galaksien havaintojen perusteella."
Massiivinen simulointi osoittaa, kuinka rakenteet kasvavat pimeässä aineessa mallin avulla, joka osoittaa, kuinka normaali aine, kuten kaasu, käyttäytyy ennustamaan galaksien kasvua. Kaasu tuntee painovoiman vetämisen pimeästä aineesta ja lämmitetään ennen jäähdytystä vapauttamalla säteilyä ja muuttamalla tähtiin. Simulaatiokuvat osoittavat, mitkä galaksit muodostavat tähtiä voimakkaimmin tiettynä ajankohtana. Alla olevassa kuvassa on maailmankaikkeus 1,9 miljardia vuotta Ison räjähdyksen jälkeen, erittäin aktiivinen tähtiformaatioiden aika galakseissa.
Durham-ryhmän laskelmat, joita tukevat Santiagon Chilessä sijaitsevan Universidad Catolica-yliopiston tutkijat, voidaan testata uusien havaintojen perusteella, jotka ulottuvat Universumin historian varhaisiin vaiheisiin melkein miljardin vuoden kuluttua Isosta räjähdyksestä. Tiede- ja teknologiatilaisuuksien neuvoston pääjohtaja professori Keith Mason sanoi: ”Laskennallisella kosmologialla on tärkeä merkitys ymmärryksessämme maailmankaikkeudesta. Näiden simulaatioiden ansiosta emme voi vain katsoa ajallisesti taaksepäin varhaiseen maailmankaikkeuteen, vaan ne täydentävät tähtitieteilijöidemme työtä ja havaintoja. "
Tämä kuva näyttää Space Magazine -lehden, 13,6 miljardia vuotta Ison räjähdyksen jälkeen. Galaktikot eivät muodosta tähtiä niin nopeasti kuin aikaisemmin.
Ryhmä toivoo, että tumman aineen galakseihin kohdistuvien vaikutusten jatkotutkimus ja simulaatiot auttavat tähtitieteilijöitä oppimaan enemmän siitä, mikä tämä kaikkialla esiintyvä aine on.
Lähde: Tiede- ja teknologiatilojen neuvosto
Laskennallisen kosmologian instituutti, Durhamin yliopisto
Fysiikan laitos, Durhamin yliopisto
