Spiral galaxy NGC 1300. Klikkaa suuremmaksi
Tutkijat ovat valloittaneet maailman nopeimpien supertietokoneiden - Earth Simulator - voiman mallintaakseen galaksien kasvua varhaisessa maailmankaikkeudessa. Ryhmä simuloi prosessia heti alusta, pian ison iskun jälkeen, kun kaasumöhkät tulivat yhteen muodostamaan tähtiä, jotka sitten sulautuivat suurempiin kokoelmiin ja muuttuivat lopulta galakseiksi. He huomasivat, että Linnunradan kaltaisilla galakseilla on todennäköisesti sama koostumus nyt kuin vain miljardi vuotta Ison räjähdyksen jälkeen.
Kaksi tähtitieteilijää ovat suorittaneet yhden tähän mennessä maailman suurimmista astrofysiikan simulaatioista galaksien kasvun mallintamiseksi. Käyttämällä Japanin "Earth Simulator" -supertietokonetta, jota käytetään myös ilmaston mallintamiseen ja seismisen toiminnan simulointiin, Masao Mori Kalifornian yliopistosta Los Angelesista ja Masayuki Umemura Tsukuban yliopistosta ovat laskenut kuinka galaksit kehittyivät vain 300 miljoonasta vuodesta ison bangin jälkeen nykypäivään. Tulokset osoittavat, että galaksit ovat saattaneet kehittyä paljon nopeammin kuin tällä hetkellä uskotaan (Nature 440 644).
"Hierarkkisen" mallin mukaan galaksit muodostuvat alhaalta ylöspäin suuntautuvan prosessin avulla, joka alkaa pienten kaasun- ja tähtiryhmien muodostumisella, jotka sulautuvat sitten suurempiin järjestelmiin. Mori ja Umemura simuloivat tätä prosessia käyttämällä voimakasta 3D-hydrodynaamista koodia yhdistettynä "spektrisynteesin" koodiin astrofysiikan plasmalle, jotta voidaan ottaa huomioon alkuperäisen galaksin dynaaminen ja kemiallinen kehitys. Maa-simulaattorisimulaatio suoritettiin erittäin korkealla resoluutiolla, joka perustuu 1024 ”ristikkopisteeseen”, joten se on yksi suurimmista astrofysiikassa koskaan suoritetuista laskelmista.
Mori ja Masayuki asettivat simulaationsa lähtöolosuhteet perustuen kylmän pimeän aineen universumiin, jonka parametrit määritetään kosmisen mikroaaltotaustan mittauksilla. Nämä havainnot, jotka tehtiin ensimmäisen kerran vuonna 2003, osoittavat, että elämme tasaisessa maailmankaikkeudessa, joka käsittää vain 4% tavallista ainetta, 22% tummaa ainetta ja 74% tummaa energiaa - sopusoinnussa kosmologian standardimallin kanssa. Tutkijat vertasivat sitten suoraan numeerista tulostaan primitiivisten galaksien havaintoihin, joita kutsutaan Lyman-alfa-säteilijöiksi ja “Lyman-murtuma” -galakseiksi, jotka tähtitieteilijät löytävät maailmankaikkeuden kauimmista ja siksi vanhimmista osista.
Tulokset osoittavat, että ensisijaiset kaasukuplat, jotka muodostuivat varhaisessa maailmankaikkeudessa vain 300 miljoonaa vuotta suuren räjähdyksen jälkeen, näyttävät todellakin Lyman-alfa-säteilijöiltä. Noin miljardin vuoden kuluttua simulaatiot osoittavat, että nämä galaksit mutatoituvat Lymaniin murtamaan galaksit. Lopuksi, 10 miljardin vuoden evoluution jälkeen rakenteet muistuttavat nykypäivän elliptisiä galakseja.
Simulaatio ennustaa myös kemiallisten elementtien seoksen galaksissa sen evoluution kussakin vaiheessa, ja viittaa siihen, että Linnunratamme on nykyään suunnilleen sama koostumus kuin se, kun se oli vain miljardin vuoden vanha. Tähän saakka galaksien ajateltiin kehittyneen vähitellen ja rikastuvansa vetyä ja heliumia raskaammista elementeistä 10 miljardin vuoden aikana toistuvien tähtenmuodostuksen ja supernoova-räjähdysten avulla.
"Tuloksemme osoittaa, että galaksien muodostuminen eteni paljon nopeammin ja että galakseissa tuotettiin suuri määrä raskaita elementtejä vain miljardissa vuodessa", Mori sanoo.
Alkuperäinen lähde: Fysiikan instituutti
