גלקסיה ספירלית NGC 1300. לחץ להגדלה
החוקרים רתמו את הכוח של אחד ממחשבי העל המהירים בעולם - סימולטור כדור הארץ - לדגמן את צמיחת הגלקסיות ביקום המוקדם. הצוות הדמה את התהליך כבר מההתחלה, זמן קצר לאחר המפץ הגדול, כאשר גושי גז התאגדו ויצרו כוכבים אשר התמזגו אז לאוספים גדולים וגדולים יותר, ולבסוף הפכו לגלקסיות. הם גילו שלגלקסיות כמו שביל החלב יש ככל הנראה אותו הרכב כמו שהיה רק מיליארד שנה אחרי המפץ הגדול.
שני אסטרונומים ביצעו עד כה אחת מההדמיות האסטרופיזיקה הגדולות בעולם במטרה לדגמן את צמיחת הגלקסיות. באמצעות מחשב העל "סימולטור כדור הארץ" ביפן, המשמש גם לעיצוב אקלים והדמיית פעילות סייסמית, מסאו מורי מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס ומאסאוקי אוממורה באוניברסיטת צוקובה חישבו כיצד גלקסיות התפתחו מ -300 מיליון שנה בלבד. אחרי המפץ הגדול עד ימינו. התוצאות מראות כי גלקסיות אולי התפתחו מהר הרבה יותר ממה שהאמינו כיום (טבע 440 644).
על פי המודל ה"היררכי ", גלקסיות נוצרות באמצעות תהליך מלמטה למעלה שמתחיל בהיווצרות גושי גז קטנים וכוכבים שמתמזגים אז למערכות גדולות יותר. מורי ואומורה הדמו תהליך זה באמצעות קוד הידרודינמי תלת מימדי רב עוצמה בשילוב קוד "סינתזה ספקטרלית" לפלזמה אסטרופיסית על מנת לקחת בחשבון את ההתפתחות הדינמית והכימית של גלקסיה קדמונית. הדמיית Earth-Simulator בוצעה ברזולוציה גבוהה במיוחד המבוססת על 1024 "נקודות רשת", מה שהופך את זה לאחד החישובים הגדולים ביותר שבוצעו אי פעם באסטרופיזיקה.
מורי ומסאיוקי הציבו את התנאים הראשוניים בסימולציה שלהם על בסיס יקום של חומר אפל קר, שפרמטריו נקבעים על ידי מדידות של הרקע הקוסמי של המיקרוגל. תצפיות אלה, שנערכו לראשונה בשנת 2003, מראות כי אנו חיים ביקום שטוח הכולל רק 4% חומר רגיל, 22% חומר אפל ו -74% אנרגיה כהה - בהתאם למודל הסטנדרטי של הקוסמולוגיה. החוקרים השוו ישירות את תוצאותיהם המספריות עם תצפיות על גלקסיות פרימיטיביות המכונות פולטות Lyman-alpha ו- Galaxy Lyman Galaxies, אותם אסטרונומים מוצאים באזורים הרחוקים ביותר ולכן הוותיקים ביותר ביקום.
התוצאות מראות כי בועות הגז הקדומות שנוצרו ביקום המוקדם 300 מיליון שנה בלבד לאחר המפץ הגדול אכן נראות כמו פולטות Lyman-alpha. לאחר כמיליארד שנה, ההדמיות מראות כי גלקסיות אלה משתנות לגלקסיות שבירות של Lyman. לבסוף, לאחר 10 מיליארד שנות אבולוציה, המבנים דומים לגלקסיות אליפטיות של ימינו.
ההדמיה חוזה גם את תערובת היסודות הכימיים בגלקסיה בכל שלב בהתפתחותה, ומציעה שבדרך החלב שלנו יש בערך אותו הרכב כמו היום כשהיתה רק בת מיליארד שנה. עד כה, סברו כי גלקסיות התפתחו בהדרגה והועשרו במרכיבים כבדים יותר מעבר למימן והליום במשך תקופה של 10 מיליארד שנים על ידי היווצרות כוכבים חוזרת ונפוצצות סופרנובה.
"הממצא שלנו מראה כי היווצרות הגלקסיה התקדמה הרבה יותר מהר וכי כמות גדולה של יסודות כבדים הופקו בגלקסיות במיליארד שנה בלבד", אומר מורי.
המקור המקורי: המכון לפיזיקה
