Galaxia spirală NGC 1300. Faceți clic pentru a mări
Cercetătorii au exploatat puterea unuia dintre cei mai rapizi supercomputere din lume - Simulatorul Pământului - pentru a modela creșterea galaxiilor din Universul timpuriu. Echipa a simulat procesul chiar de la început, la scurt timp după Big Bang, când grupuri de gaz s-au reunit pentru a forma stele care apoi s-au contopit în colecții mai mari și mai mari, și în cele din urmă au devenit galaxii. Ei au descoperit că galaxiile ca Calea Lactee au probabil aceeași compoziție acum ca la un miliard de ani după Big Bang.
Doi astronomi au efectuat una dintre cele mai mari simulări de astrofizică din lume pentru a modela creșterea galaxiilor. Folosind supercomputerul „Earth Simulator” din Japonia, care este folosit și pentru modelarea climei și simularea activității seismice, Masao Mori de la Universitatea California din Los Angeles și Masayuki Umemura de la Universitatea din Tsukuba au calculat modul în care galaxiile au evoluat de la doar 300 de milioane de ani după Big Bang până în zilele noastre. Rezultatele arată că galaxiile ar fi putut evolua mult mai repede decât se credea în prezent (Nature 440 644).
Conform modelului „ierarhic”, galaxiile sunt formate printr-un proces de jos în sus, care începe cu formarea de mici grupuri de gaze și stele care apoi se contopesc în sisteme mai mari. Mori și Umemura au simulat acest proces folosind un puternic cod hidrodinamic 3D combinat cu un cod de „sinteză spectrală” pentru o plasmă astrofizică pentru a ține cont de evoluția dinamică și chimică a unei galaxii primordiale. Simularea Pământ-Simulator a fost realizată cu o rezoluție ultra-înaltă bazată pe 1024 „puncte de grilă”, ceea ce îl face unul dintre cele mai mari calcule efectuate vreodată în astrofizică.
Mori și Masayuki stabilesc condițiile inițiale în simularea lor pe baza unui univers rece de materie întunecată, parametrii cărora sunt determinați prin măsurători ale fundalului microundelor cosmice. Aceste observații, făcute pentru prima dată în 2003, arată că trăim într-un univers plat care cuprinde doar 4% materie obișnuită, 22% materie întunecată și 74% energie întunecată - în acord cu modelul standard al cosmologiei. Cercetătorii au comparat apoi direct rezultatele lor numerice cu observații ale galaxiilor primitive numite emițători Lyman-alfa și galaxii „Lyman break”, pe care astronomii le găsesc în cele mai îndepărtate și deci cele mai vechi părți ale universului.
Rezultatele arată că bulele primare de gaz care s-au format în universul timpuriu la doar 300 de milioane de ani după Big Bang arată într-adevăr ca emițătoare de Lyman-alfa. După aproximativ 1 miliard de ani, simulările arată că aceste galaxii se mută în galaxii de rupere Lyman. În cele din urmă, după 10 miliarde de ani de evoluție, structurile seamănă cu galaxii eliptice actuale.
Simularea prezice, de asemenea, amestecul de elemente chimice din galaxie în fiecare etapă a evoluției sale și sugerează că Calea Lactee a noastră are aproximativ aceeași compoziție astăzi ca și când avea doar 1 miliard de ani. Până acum, se credea că galaxiile au evoluat treptat și s-au îmbogățit în elemente mai grele dincolo de hidrogen și heliu pe o perioadă de 10 miliarde de ani, prin formarea repetată de stele și exploziile de supernove.
„Constatarea noastră arată că formarea galaxiei a avut loc mult mai repede și că o mare cantitate de elemente grele au fost produse în galaxii în doar 1 miliard de ani”, spune Mori.
Sursa originală: Institutul de Fizică
