เอกภพมีลักษณะอย่างไรในช่วงต้นของประวัติศาสตร์เพียง 500 ล้านปีหลังจากบิกแบง ในปัจจุบันเราไม่มีวิธี“ มอง” ที่ไกลจากกล้องโทรทรรศน์ของเรา แต่นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเดอร์แฮมในสหราชอาณาจักรใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อทำนายว่าจักรวาลยุคแรก ๆ จะปรากฏขึ้นได้อย่างไร ภาพแสดงให้เห็นถึง“ รุ่งอรุณของจักรวาล” และคำนวณการก่อตัวของกาแลคซีขนาดใหญ่แห่งแรก การจำลองยังพยายามมองเห็นบทบาทที่สสารมืดเล่นในการก่อตัวกาแลคซี “ เรามองย้อนกลับไปอย่างมีประสิทธิภาพและหวังว่าจะได้เรียนรู้ว่ากาแลคซีอย่างที่เราสร้างขึ้นเองและทำความเข้าใจเกี่ยวกับสสารมืดมากขึ้นได้อย่างไร” Alvaro Orsi ผู้เขียนนำการศึกษาจากสถาบันจักรวาลวิทยาคอมพิวเตอร์มหาวิทยาลัยเดอร์แฮมกล่าว ) “ การปรากฏตัวของสสารมืดเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างกาแลคซี - โดยไม่ต้องมีสสารมืดเราจะไม่มาที่นี่ในวันนี้”
ในภาพที่สร้างขึ้นโดยการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์สีเขียวหมุนวนแสดงสสารมืดซึ่งนักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเป็นส่วนประกอบสำคัญในการก่อตัวกาแลคซีในขณะที่วงกลมแสดงอัตราการก่อตัวดาวในกาแลคซี วงกลมสีที่ต่างกันแสดงถึงความส่องสว่างที่หลากหลายของการก่อตัวดาวฤกษ์ที่มีสีเหลืองสว่างที่สุด ภาพด้านบนแสดงถึงจักรวาลว่าเป็น 590 ล้านปีหลังจากบิกแบงและภาพด้านล่างแสดงจักรวาล 1 พันล้านปีหลังจากบิกแบงเนื่องจากอัตราการก่อตัวของดาวเริ่มเพิ่มขึ้น
กาแลคซีแห่งแรกสร้างขึ้นจากเศษซากของดาวมวลสูงซึ่งเสียชีวิตอย่างระเบิดไม่นานหลังจากเริ่มต้นของจักรวาล การคำนวณเดอร์แฮมทำนายว่าที่กาแลคซีเหล่านี้ปรากฏขึ้นอย่างไรและวิวัฒนาการไปจนถึงยุคปัจจุบันได้อย่างไรในอีก 13 พันล้านปีต่อมา แม้ว่ากาแลคซีในปัจจุบันจะใหญ่กว่า แต่ก็ไม่ได้ก่อตัวดาวฤกษ์อย่างรวดเร็วเหมือนในอดีต “ การวิจัยของเราทำนายว่ากาแลคซีใดที่เติบโตผ่านการก่อตัวดาวในช่วงเวลาต่าง ๆ ในประวัติศาสตร์ของจักรวาลและความสัมพันธ์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับสสารมืดหรือไม่” ดร. คาร์ลตันเบห์ผู้ร่วมเขียนกล่าว “ เราให้คอมพิวเตอร์ในสิ่งที่เราคิดว่าเป็นสูตรในการก่อตัวกาแลคซีและเราเห็นสิ่งที่ผลิตขึ้นซึ่งถูกทดสอบกับการสังเกตการณ์กาแลคซีที่แท้จริง”
การจำลองขนาดใหญ่แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างเติบโตอย่างไรในสสารมืดโดยแบบจำลองแสดงให้เห็นว่าสสารปกติเช่นก๊าซมีพฤติกรรมในการทำนายการเติบโตของกาแลคซี แก๊สรู้สึกถึงแรงดึงดูดของสสารจากสสารมืดและถูกทำให้ร้อนขึ้นก่อนที่จะเย็นลงโดยปล่อยรังสีและเปลี่ยนเป็นดาวฤกษ์ ภาพจำลองแสดงให้เห็นว่ากาแลคซีใดก่อตัวดาวฤกษ์มากที่สุดในเวลาที่กำหนด ภาพด้านล่างแสดงจักรวาล 1.9 พันล้านปีหลังจากบิกแบงซึ่งเป็นช่วงเวลาที่มีการก่อตัวดาวฤกษ์ในกาแลคซี
การคำนวณของทีมเดอแรมได้รับการสนับสนุนโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ Universidad Catolica ในซานติอาโกชิลีสามารถทดสอบกับการสังเกตการณ์ใหม่ ๆ ย้อนกลับไปถึงช่วงแรก ๆ ในประวัติศาสตร์ของจักรวาลเกือบหนึ่งพันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง ศาสตราจารย์ Keith Mason ประธานเจ้าหน้าที่บริหารของสภาอำนวยความสะดวกด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีกล่าวว่า: "การคำนวณจักรวาลวิทยามีส่วนสำคัญในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาล ไม่เพียง แต่การจำลองสถานการณ์เหล่านี้ทำให้เราสามารถย้อนเวลากลับไปสู่จักรวาลยุคแรก ๆ ได้ แต่พวกเขาเสริมการทำงานและการสำรวจของนักดาราศาสตร์ของเรา”
ภาพนี้แสดงนิตยสารอวกาศ 13.6 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง กาแลคซีไม่ได้ก่อตัวดาวฤกษ์อย่างรวดเร็วเหมือนในอดีต
ทีมหวังว่าการศึกษาเพิ่มเติมและการจำลองผลกระทบของสสารมืดบนกาแลคซีจะช่วยให้นักดาราศาสตร์เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสารที่แพร่หลายนี้
ที่มา: สภาอำนวยความสะดวกด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
สถาบันจักรวาลวิทยาคอมพิวเตอร์มหาวิทยาลัยเดอแรม
ภาควิชาฟิสิกส์มหาวิทยาลัยเดอแรม
