Спіральна галактика NGC 1300. Натисніть, щоб збільшити
Дослідники використали потужність одного з найшвидших у світі суперкомп'ютерів - Симулятора Землі - для моделювання зростання галактик у ранньому Всесвіті. Команда змоделювала процес спочатку, незабаром після Великого вибуху, коли скупчення газу зійшлися, утворюючи зірки, які потім злилися у більші та більші колекції, і нарешті стали галактиками. Вони виявили, що галактики на зразок Чумацького Шляху, ймовірно, мають той самий склад зараз, як і лише через мільярд років після Великого вибуху.
Двоє астрономів провели одне з найбільших на сьогодні моделювання астрофізики у світі для моделювання зростання галактик. Використовуючи суперкомп'ютер "Симулятор Землі" в Японії, який також використовується для моделювання клімату та імітації сейсмічної активності, Масао Морі з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі та Масаюкі Умемура в Університеті Цукуба підрахували, як еволюціонували галактики лише за 300 мільйонів років після Великого вибуху до наших днів. Результати показують, що галактики, можливо, розвивалися набагато швидше, ніж вважали в даний час (Природа 440 644).
Відповідно до «ієрархічної» моделі, галактики утворюються за допомогою процесу знизу вгору, який починається з утворення невеликих скупчень газу та зірок, які потім зливаються у більші системи. Морі та Умемура моделювали цей процес, використовуючи потужний тривимірний гідродинамічний код у поєднанні з кодом «спектрального синтезу» для астрофізичної плазми, щоб врахувати динамічну та хімічну еволюцію первісної галактики. Моделювання Землі-симулятора було виконано з надвисокою роздільною здатністю на основі 1024 "точок сітки", що робить його одним з найбільших розрахунків, що коли-небудь проводилися в астрофізиці.
Морі та Масаюкі встановлюють початкові умови в їх моделюванні на основі всесвітньої холодної темної речовини, параметри якої визначаються вимірюванням космічного мікрохвильового фону. Ці спостереження, вперше зроблені в 2003 році, показують, що ми живемо в плоскому Всесвіті, що складається всього з 4% звичайної речовини, 22% темної речовини і 74% темної енергії - відповідно до стандартної моделі космології. Потім дослідники безпосередньо порівнювали свої чисельні результати з спостереженнями за примітивними галактиками, що називаються випромінювачами Лиман-Альфа та "Лайман Лайман", які астрономи знаходять у найвіддаленіших і тому найдавніших частинах Всесвіту.
Результати показують, що споконвічні бульбашки газу, що утворилися в ранньому Всесвіті лише через 300 мільйонів років після Великого вибуху, справді виглядають як випромінювачі Ліман-альфа. Приблизно через 1 мільярд років симуляції показують, що ці галактики мутують у Ліман, розбиваючи галактики. Нарешті, після 10 мільярдів років еволюції структури нагадують сучасні еліптичні галактики.
Моделювання також передбачає суміш хімічних елементів у галактиці на кожному етапі її еволюції, і дозволяє припустити, що наш Чумацький Шлях має приблизно такий самий склад сьогодні, як і коли йому було всього 1 мільярд років. Дотепер, як вважалося, галактики розвивалися поступово і збагачувалися важчими елементами поза воднем та гелієм протягом 10 мільярдів років шляхом неодноразового утворення зірок та вибухів наднової.
"Наші висновки показують, що утворення галактик пройшло набагато швидше і що велика кількість важких елементів було вироблено в галактиках всього за 1 мільярд років", - каже Морі.
Оригінальне джерело: Інститут фізики
