Spiral galaxy NGC 1300. Klik untuk membesarkan
Para penyelidik telah memanfaatkan kekuatan salah satu superkomputer terpantas di dunia - Earth Simulator - untuk memodelkan pertumbuhan galaksi di Alam Semesta awal. Pasukan ini mensimulasikan prosesnya sejak awal, tidak lama setelah Big Bang, ketika gumpalan gas bergabung membentuk bintang yang kemudian bergabung menjadi koleksi yang lebih besar dan lebih besar, dan akhirnya menjadi galaksi. Mereka mendapati bahawa galaksi seperti Bima Sakti mungkin mempunyai komposisi yang sama sekarang seperti yang berlaku hanya satu bilion tahun setelah Big Bang.
Dua ahli astronomi telah melakukan salah satu simulasi astrofizik terbesar di dunia sehingga kini untuk memodelkan pertumbuhan galaksi. Menggunakan komputer super "Earth Simulator" di Jepun, yang juga digunakan untuk pemodelan iklim dan mensimulasikan aktiviti seismik, Masao Mori dari University of California di Los Angeles dan Masayuki Umemura di University of Tsukuba telah mengira bagaimana galaksi berkembang dari hanya 300 juta tahun selepas Big Bang hingga ke hari ini. Hasilnya menunjukkan bahawa galaksi mungkin berkembang lebih cepat daripada yang dipercaya sekarang (Alam 440 644).
Menurut model "hierarki", galaksi dibentuk melalui proses bottom-up yang dimulai dengan pembentukan gumpalan gas dan bintang kecil yang kemudian bergabung menjadi sistem yang lebih besar. Mori dan Umemura mensimulasikan proses ini menggunakan kod hidrodinamik 3D yang kuat yang digabungkan dengan kod "sintesis spektral" untuk plasma astrofizik untuk mengambil kira evolusi dinamik dan kimia galaksi primordial. Simulasi Bumi-Simulator dilakukan dengan resolusi ultra tinggi berdasarkan 1024 "titik grid", menjadikannya salah satu perhitungan terbesar yang pernah dilakukan dalam astrofizik.
Mori dan Masayuki menetapkan syarat awal dalam simulasi mereka berdasarkan alam semesta jirim gelap, yang parameternya ditentukan oleh pengukuran latar belakang gelombang mikro kosmik. Pemerhatian ini, yang pertama kali dibuat pada tahun 2003, menunjukkan bahawa kita hidup di alam semesta yang rata yang hanya terdiri daripada 4% jirim biasa, 22% jirim gelap dan 74% tenaga gelap - sesuai dengan model kosmologi standard. Para penyelidik kemudian secara langsung membandingkan hasil berangka mereka dengan pemerhatian galaksi primitif yang disebut pemancar Lyman-alpha dan galaksi "pecah Lyman", yang dijumpai oleh para astronom di bahagian-bahagian alam semesta yang paling jauh dan paling lama.
Hasilnya menunjukkan bahawa gelembung gas purba yang terbentuk di alam semesta awal hanya 300 juta tahun selepas Big Bang memang kelihatan seperti pemancar Lyman-alpha. Setelah kira-kira 1 bilion tahun, simulasi menunjukkan bahawa galaksi ini berubah menjadi galaksi pecah Lyman. Akhirnya, setelah 10 bilion tahun evolusi, strukturnya menyerupai galaksi elips masa kini.
Simulasi ini juga meramalkan campuran unsur kimia di galaksi pada setiap tahap evolusinya, dan menunjukkan bahawa Bima Sakti kita mempunyai komposisi yang hampir sama hari ini seperti ketika ia berusia 1 miliar tahun. Sehingga kini, galaksi dianggap berkembang secara beransur-ansur dan diperkaya dengan unsur-unsur yang lebih berat di luar hidrogen dan helium dalam jangka masa 10 bilion tahun oleh pembentukan bintang berulang dan letupan supernova.
"Penemuan kami menunjukkan bahawa pembentukan galaksi berjalan lebih cepat dan sejumlah besar unsur berat dihasilkan di galaksi hanya dalam 1 miliar tahun," kata Mori.
Sumber Asal: Institut Fizik
