Spirālveida galaktika NGC 1300. Noklikšķiniet, lai palielinātu
Pētnieki ir izmantojuši pasaulē ātrāko superdatoru - Zemes simulatora - jaudu, lai modelētu galaktiku augšanu agrīnajā Visumā. Komanda simulēja procesu jau pašā sākumā, neilgi pēc Lielā sprādziena, kad gāzes grumbiņas sanāca kopā, veidojot zvaigznes, kuras pēc tam saplūda lielākās un lielākās kolekcijās un beidzot kļuva par galaktikām. Viņi atklāja, ka tādām galaktikām kā Piena ceļš tagad, iespējams, ir tāds pats sastāvs kā tikai miljarda gadu laikā pēc Lielā sprādziena.
Divi astronomi ir veikuši vienu no pasaules līdz šim lielākajām astrofizikas simulācijām, lai modelētu galaktiku augšanu. Izmantojot Japānas superdatoru “Earth Simulator”, ko izmanto arī klimata modelēšanai un seismiskās aktivitātes modelēšanai, Masao Mori no Kalifornijas universitātes Losandželosā un Masayuki Umemura Tsukuba universitātē ir aprēķinājuši, kā galaktikas attīstījās tikai no 300 miljoniem gadu pēc Lielā sprādziena līdz mūsdienām. Rezultāti rāda, ka galaktikas, iespējams, ir attīstījušās daudz ātrāk, nekā šobrīd tiek uzskatīts (Nature 440 644).
Saskaņā ar “hierarhisko” modeli galaktikas tiek veidotas, izmantojot augšupēju procesu, kas sākas ar nelielu gāzes un zvaigžņu sakrāšanos, kas pēc tam saplūst lielākās sistēmās. Mori un Umemura modelēja šo procesu, izmantojot jaudīgu 3D hidrodinamisko kodu, kas apvienots ar “spektrālās sintēzes” kodu astrofizikālai plazmai, lai ņemtu vērā pirmatnējās galaktikas dinamisko un ķīmisko attīstību. Zemes simulatora simulācija tika veikta ar īpaši augstu izšķirtspēju, pamatojoties uz 1024 “režģa punktiem”, padarot to par vienu no lielākajiem aprēķiniem, kāds jebkad veikts astrofizikā.
Mori un Masayuki izveidoja sākotnējos apstākļus to modelēšanā, pamatojoties uz auksto tumšās vielas Visumu, kura parametrus nosaka, izmērot kosmisko mikroviļņu fonu. Šie novērojumi, kas pirmo reizi veikti 2003. gadā, liecina, ka mēs dzīvojam plakanā Visumā, kas satur tikai 4% parastās vielas, 22% tumšās vielas un 74% tumšās enerģijas - saskaņā ar standarta kosmoloģijas modeli. Pēc tam pētnieki tieši salīdzināja savus skaitliskos rezultātus ar primitīvo galaktiku novērojumiem, ko sauc par Limāna-alfa izstarotājiem un “Limana pārrāvuma” galaktikām, kuras astronomi atrod visattālākajās un tāpēc vissenākajās Visuma daļās.
Rezultāti rāda, ka pirmatnējie gāzes burbuļi, kas izveidojās agrīnajā Visumā tikai 300 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena, patiešām izskatās kā Limana-alfa emitētāji. Apmēram pēc 1 miljarda gadu simulācijas rāda, ka šīs galaktikas mutējot Limānā sadalās galaktikās. Visbeidzot, pēc 10 miljardu gadu evolūcijas, struktūras atgādina mūsdienu elipsveida galaktikas.
Simulācija arī paredz ķīmisko elementu sajaukšanos galaktikā katrā tās evolūcijas posmā un liek domāt, ka mūsu Piena ceļam šodien ir aptuveni tāds pats sastāvs kā tas, kad tas bija tikai 1 miljarda gadu vecs. Līdz šim tika uzskatīts, ka galaktikas ir pakāpeniski attīstījušās un 10 miljardu gadu laikā bagātinātas ar smagākiem elementiem, kas pārsniedz ūdeņradi un hēliju, atkārtotu zvaigžņu veidošanās un supernovas sprādzienu rezultātā.
"Mūsu atklājums liecina, ka galaktiku veidošanās noritēja daudz ātrāk un ka tikai miljarda gadu laikā galaktikās tika saražots liels daudzums smago elementu," saka Mori.
Oriģinālais avots: Fizikas institūts
