Спирална галактика NGC 1300. Кликнете за увеличение
Изследователите са използвали силата на един от най-бързите суперкомпютри в света - симулатора на Земята - за моделиране на растежа на галактиките в ранната Вселена. Екипът симулира процеса още в началото, малко след Големия взрив, когато струпвания газ се събраха, за да образуват звезди, които след това се сляха в по-големи и по-големи колекции и накрая станаха галактики. Те откриха, че галактики като Млечния път вероятно сега имат същия състав, както и само милиард години след Големия взрив.
Двама астрономи са извършили една от най-големите симулации на астрофизика в света досега, за да моделират растежа на галактиките. Използвайки суперкомпютъра „Симулатор на Земята“ в Япония, който също се използва за моделиране на климата и симулиране на сеизмична активност, Масао Мори от Калифорнийския университет в Лос Анджелис и Масаюки Умемура в Университета Цукуба са изчислили как еволюират галактиките от само 300 милиона години след Големия взрив до наши дни. Резултатите показват, че галактиките може да са се развили много по-бързо, отколкото се смята в момента (Nature 440 644).
Според „йерархичния“ модел, галактиките се формират чрез процес отдолу нагоре, който започва с образуването на малки струпки газ и звезди, които след това се сливат в по-големи системи. Мори и Умемура симулираха този процес, използвайки мощен 3D хидродинамичен код, комбиниран с код на "спектрален синтез" за астрофизична плазма, за да се вземат предвид динамичната и химическата еволюция на първичната галактика. Симулацията на Земята-симулатор беше извършена с ултра висока резолюция на базата на 1024 „мрежови точки“, което го прави едно от най-големите изчисления, правени някога в астрофизиката.
Мори и Масаюки създават първоначалните условия при симулацията си въз основа на студена вселена от тъмна материя, чиито параметри се определят чрез измервания на космическия микровълнов фон. Тези наблюдения, направени за първи път през 2003 г., показват, че живеем в плоска вселена, състояща се само от 4% обикновена материя, 22% тъмна материя и 74% тъмна енергия - в съответствие със стандартния модел на космологията. След това изследователите директно сравняват своите числени резултати с наблюдения на примитивни галактики, наречени Лиман-алфа излъчватели и галактики „Лиман разбит“, които астрономите откриват в най-отдалечените и следователно най-старите части на Вселената.
Резултатите показват, че изконните мехурчета газ, образували се в ранната Вселена само 300 милиона години след Големия взрив, наистина изглеждат като излъчватели на Лиман-алфа. След около 1 милиард години симулациите показват, че тези галактики мутират в Лиман, разцепват галактики. И накрая, след 10 милиарда години еволюция, структурите наподобяват съвременните елиптични галактики.
Симулацията също така предсказва сместа от химически елементи в галактиката на всеки етап от нейната еволюция и предполага, че нашият Млечен път има приблизително същия състав днес, както преди, когато е бил само на 1 милиард години. Досега се смяташе, че галактиките се развиват постепенно и се обогатяват в по-тежки елементи извън водорода и хелия за период от 10 милиарда години чрез многократно образуване на звезди и свръхнови експлозии.
„Нашето откритие показва, че образуването на галактики протича много по-бързо и че голямо количество тежки елементи са произведени в галактики само за 1 милиард години“, казва Мори.
Оригинален източник: Институт по физика
