Špirálová galaxia NGC 1300. Kliknite pre zväčšenie
Vedci využili silu jedného z najrýchlejších superpočítačov na svete - Earth Simulator - na modelovanie rastu galaxií v ranom vesmíre. Tím simuloval tento proces hneď od začiatku, krátko po Veľkom tresku, keď sa zhluky plynu spojili do hviezd, ktoré sa potom zlúčili do väčších a väčších zbierok a nakoniec sa stali galaxiami. Zistili, že galaxie, ako je Mliečna dráha, majú teraz pravdepodobne rovnaké zloženie, aké mali len miliardu rokov po Veľkom tresku.
Dvaja astronómovia vykonali jednu z najväčších astrofyzikálnych simulácií na svete, aby mohli modelovať rast galaxií. Pomocou superpočítača „Earth Simulator“ v Japonsku, ktorý sa používa aj na modelovanie podnebia a simuláciu seizmickej aktivity, vypočítali Masao Mori z Kalifornskej univerzity v Los Angeles a Masayuki Umemura z univerzity v Tsukube vývoj galaxií už od 300 miliónov rokov. po Veľkom tresku do súčasnosti. Výsledky ukazujú, že galaxie sa mohli vyvinúť oveľa rýchlejšie, ako sa v súčasnosti predpokladá (Nature 440 644).
Podľa „hierarchického“ modelu sa galaxie formujú procesom zdola nahor, ktorý začína tvorbou malých zhlukov plynu a hviezd, ktoré sa potom spájajú do väčších systémov. Mori a Umemura simulovali tento proces pomocou výkonného 3D hydrodynamického kódu kombinovaného so „spektrálnou syntézou“ pre astrofyzikálnu plazmu, aby sa zohľadnil dynamický a chemický vývoj pravekej galaxie. Simulácia Earth-Simulator bola vykonaná s ultravysokým rozlíšením založeným na 1024 „mriežkových bodoch“, čo z nej urobilo jeden z najväčších výpočtov, aký sa kedy urobil v astrofyzike.
Mori a Masayuki stanovili počiatočné podmienky vo svojej simulácii na základe vesmíru studenej temnej hmoty, ktorého parametre sú určené meraním kozmického mikrovlnného pozadia. Tieto pozorovania, prvýkrát urobené v roku 2003, ukazujú, že žijeme v plochom vesmíre pozostávajúcom iba zo 4% obyčajnej hmoty, 22% tmavej hmoty a 74% tmavej energie - v súlade so štandardným kozmologickým modelom. Vedci potom priamo porovnali svoje numerické výsledky s pozorovaniami primitívnych galaxií nazývaných lým-alfa žiariče a galaxie „lámané zlomy“, ktoré astronómovia nachádzajú v najvzdialenejších a najstarších častiach vesmíru.
Výsledky ukazujú, že prapôvodné bubliny plynu, ktoré sa vytvorili v ranom vesmíre len 300 miliónov rokov po Veľkom tresku, skutočne vyzerajú ako lúmeny alfa. Po približne 1 miliarde rokov simulácie ukazujú, že tieto galaxie sa zmutujú na lámanské zlomené galaxie. Nakoniec, po 10 miliardách rokov vývoja, sa štruktúry podobajú dnešným eliptickým galaxiám.
Simulácia tiež predpovedá zmes chemických prvkov v galaxii v každej etape jej vývoja a naznačuje, že naša Mliečna dráha má dnes približne rovnaké zloženie ako v prípade, keď mala len 1 miliardu rokov. Až doteraz sa predpokladalo, že sa galaxie postupne vyvíjali a obohatili sa o ťažšie prvky mimo vodíka a hélia v priebehu 10 miliárd rokov opakovaným výbuchom hviezd a supernov.
„Naše zistenie ukazuje, že tvorba galaxií prebehla oveľa rýchlejšie a že veľké množstvo ťažkých prvkov sa v galaxiách vyrobilo za iba miliardu rokov,“ hovorí Mori.
Pôvodný zdroj: Fyzikálny ústav
