Spiralgalakse NGC 1300. Klik for større billede
Forskere har udnyttet kraften, som en af verdens hurtigste supercomputere - Earth Simulator - til at modellere væksten af galakser i det tidlige univers. Holdet simulerede processen lige fra begyndelsen, kort efter Big Bang, da klumper af gas samlet sig for at danne stjerner, som derefter fusionerede i større og større samlinger og til sidst blev galakser. De fandt, at galakser som Mælkevejen sandsynligvis har den samme sammensætning nu, som de gjorde kun en milliard år efter Big Bang.
To astronomer har udført en af verdens største astrofysik-simuleringer til dato for at modellere væksten af galakser. Ved hjælp af supercomputeren "Earth Simulator" i Japan, der også bruges til klimamodellering og simulering af seismisk aktivitet, har Masao Mori fra University of California i Los Angeles og Masayuki Umemura ved University of Tsukuba beregnet, hvordan galakser udviklede sig fra kun 300 millioner år efter Big Bang til i dag. Resultaterne viser, at galakser kan have udviklet sig meget hurtigere end i øjeblikket antaget (Nature 440 644).
I henhold til den "hierarkiske" model dannes galakser via en bottom-up-proces, der starter med dannelsen af små klumper af gas og stjerner, der derefter smelter sammen til større systemer. Mori og Umemura simulerede denne proces ved hjælp af en kraftig 3D-hydrodynamisk kode kombineret med en "spektral syntese" -kode for et astrofysisk plasma for at tage højde for den dynamiske og kemiske udvikling af en uregalakse. Earth-Simulator-simuleringen blev udført med en ultrahøj opløsning baseret på 1024 "gitterpunkter", hvilket gør det til en af de største beregninger, der nogensinde er blevet udført inden for astrofysik.
Mori og Masayuki opsatte de indledende betingelser i deres simulering baseret på et koldt mørkt stofunivers, hvis parametre bestemmes ved målinger af den kosmiske mikrobølgebakgrund. Disse observationer, der først blev foretaget i 2003, viser, at vi lever i et fladt univers, der kun består af 4% almindeligt stof, 22% mørkt stof og 74% mørk energi - i overensstemmelse med kosmologiens standardmodel. Forskerne sammenlignede derefter direkte deres numeriske resultater med observationer af primitive galakser kaldet Lyman-alpha-emittere og “Lyman break” -galakser, som astronomer finder i de fjerneste og derfor ældste dele af universet.
Resultaterne viser, at de oprindelige gasbobler, der dannedes i det tidlige univers, kun 300 millioner år efter Big Bang, faktisk ligner Lyman-alfa-udsendere. Efter ca. 1 milliard år viser simuleringerne, at disse galakser muterer til Lyman-brudgalakser. Endelig, efter 10 milliarder års udvikling, ligner strukturerne nutidig elliptiske galakser.
Simuleringen forudsiger også blandingen af kemiske elementer i galaksen på hvert trin i dens udvikling og antyder, at vores Mælkeveje har nogenlunde den samme sammensætning i dag, som den gjorde, da den kun var 1 milliard år gammel. Indtil nu blev galakser antaget at have udviklet sig gradvist og blive beriget med tungere elementer ud over brint og helium i løbet af en periode på 10 milliarder år ved gentagen stjernedannelse og supernovaeksplosioner.
”Vores fund viser, at galaksdannelse foregik meget hurtigere, og at der blev produceret en stor mængde tunge elementer i galakser på kun 1 milliard år,” siger Mori.
Original kilde: Institut for fysik
