Spirální galaxie NGC 1300. Klikněte pro zvětšení
Vědci využili sílu jednoho z nejrychlejších superpočítačů na světě - Earth Simulator - pro modelování růstu galaxií v ranném vesmíru. Tým simuloval tento proces hned od začátku, krátce po Velkém třesku, kdy se shluky plynu spojily do hvězd, které se poté sloučily do větších a větších sbírek a nakonec se staly galaxiemi. Zjistili, že galaxie, jako je Mléčná dráha, mají nyní pravděpodobně stejné složení, jako tomu bylo jen miliardu let po Velkém třesku.
Dva astronomové provedli jednu z největších astrofyzických simulací na světě k modelování růstu galaxií. Pomocí superpočítače „Earth Simulator“ v Japonsku, který se také používá pro modelování klimatu a simulaci seismické aktivity, vypočítali Masao Mori z University of California v Los Angeles a Masayuki Umemura z University of Tsukuba vývoj galaxií z pouhých 300 milionů let. po velkém třesku do současnosti. Výsledky ukazují, že galaxie se mohly vyvinout mnohem rychleji, než se v současné době věří (Nature 440 644).
Podle „hierarchického“ modelu jsou galaxie tvořeny procesem zdola nahoru, který začíná tvorbou malých shluků plynu a hvězd, které se poté sloučí do větších systémů. Mori a Umemura simulovali tento proces pomocí výkonného 3D hydrodynamického kódu kombinovaného se „spektrální syntézou“ pro astrofyzikální plazmu, aby se zohlednil dynamický a chemický vývoj pravěké galaxie. Simulace Earth-Simulator byla provedena s ultra vysokým rozlišením založeným na 1024 „bodech mřížky“, což z ní činí jeden z největších výpočtů v astrofyzice.
Mori a Masayuki nastavili počáteční podmínky ve své simulaci na základě vesmíru studené temné hmoty, jehož parametry jsou určeny měřením kosmického mikrovlnného pozadí. Tato pozorování, která byla poprvé učiněna v roce 2003, ukazují, že žijeme v rovném vesmíru obsahujícím pouze 4% obyčejné hmoty, 22% temné hmoty a 74% temné energie - v souladu se standardním kosmologickým modelem. Vědci pak přímo porovnali své numerické výsledky s pozorováním primitivních galaxií zvaných emitory typu Lyman-alfa a galaxie „Lyman break“, které astronomové nacházejí v nejvzdálenějších a tedy nejstarších částech vesmíru.
Výsledky ukazují, že prvotní bubliny plynu, které se vytvořily v raném vesmíru pouhých 300 milionů let po Velkém třesku, skutečně vypadají jako emise Lyman-alfa. Po asi 1 miliardě let simulace ukazují, že tyto galaxie se mutují na lymské lomové galaxie. Konečně, po 10 miliardách vývoje, se struktury podobají současným eliptickým galaxiím.
Simulace také předpovídá směs chemických prvků v galaxii v každé fázi jejího vývoje a naznačuje, že naše Mléčná dráha má dnes zhruba stejné složení jako v době, kdy byla stará jen 1 miliarda let. Až dosud se předpokládalo, že se galaxie postupně vyvíjely a během 10 miliard let se obohacovaly těžšími prvky za vodíkem a heliem opakovanými explozemi hvězd a výbuchem supernovy.
"Naše zjištění ukazuje, že tvorba galaxií probíhala mnohem rychleji a že velké množství těžkých prvků bylo vyrobeno v galaxiích za pouhou 1 miliardu let," říká Mori.
Původní zdroj: Fyzikální ústav
