Spiral galaxy NGC 1300 คลิกที่นี่เพื่อขยายขนาดรูป
นักวิจัยได้ควบคุมพลังหนึ่งในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในโลก - Earth Simulator - เพื่อจำลองการเติบโตของกาแลคซีในจักรวาลยุคแรก ทีมจำลองกระบวนการตั้งแต่เริ่มต้นไม่นานหลังจากบิกแบงเมื่อกลุ่มก๊าซรวมตัวกันเพื่อก่อตัวดาวฤกษ์ซึ่งจากนั้นก็รวมตัวกันเป็นคอลเล็กชั่นที่ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ และในที่สุดก็กลายเป็นกาแลคซี พวกเขาพบว่ากาแลคซีอย่างทางช้างเผือกน่าจะมีองค์ประกอบเดียวกันในขณะนี้เมื่อพวกเขาทำเพียงพันล้านปีหลังจากบิกแบง
นักดาราศาสตร์สองคนได้ทำการจำลองดาราศาสตร์ทางดาราศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดของโลกมาจนถึงปัจจุบันเพื่อจำลองการเติบโตของกาแลคซี การใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์“ Earth Simulator” ในญี่ปุ่นซึ่งใช้สำหรับการจำลองสภาพอากาศและจำลองการเกิดแผ่นดินไหว Seao Mori จากมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียที่ลอสแองเจลิสและ Masayuki Umemura จากมหาวิทยาลัย Tsukuba ได้คำนวณว่ากาแลคซีวิวัฒนาการมาเพียงแค่ 300 ล้านปี หลังจากบิ๊กแบงจนถึงปัจจุบัน ผลการวิจัยพบว่ากาแลคซีอาจมีวิวัฒนาการเร็วกว่าที่เชื่อในปัจจุบัน (Nature 440 644)
ตามแบบจำลอง "ลำดับชั้น" กาแลคซีเกิดขึ้นจากกระบวนการจากล่างขึ้นบนซึ่งเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของกระจุกดาวก๊าซและดวงดาวเล็ก ๆ ที่รวมเข้ากับระบบที่ใหญ่กว่า Mori และ Umemura จำลองกระบวนการนี้โดยใช้รหัสอุทกพลศาสตร์แบบ 3 มิติที่มีประสิทธิภาพรวมกับรหัส "การสังเคราะห์สเปกตรัม" สำหรับพลาสมาดาราศาสตร์ฟิสิกส์เพื่อพิจารณาวิวัฒนาการพลศาสตร์และเคมีของกาแล็คซี่ยุคแรก การจำลอง Earth-Simulator ดำเนินการด้วยความละเอียดสูงพิเศษตาม 1024 จุดกริดทำให้เป็นหนึ่งในการคำนวณที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาใน Astrophysics
โมริและมาซายูกิตั้งเงื่อนไขเริ่มต้นในการจำลองของพวกเขาตามจักรวาลสสารมืดเย็นพารามิเตอร์ที่จะถูกกำหนดโดยการวัดพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล การสำรวจเหล่านี้เกิดขึ้นครั้งแรกในปี 2546 แสดงให้เห็นว่าเราอาศัยอยู่ในจักรวาลแบนซึ่งประกอบด้วยสสารธรรมดาเพียง 4% สสารมืด 22% และพลังงานมืด 74% - สอดคล้องกับแบบจำลองมาตรฐานจักรวาลวิทยา จากนั้นนักวิจัยได้เปรียบเทียบผลลัพธ์เชิงตัวเลขโดยตรงกับการสำรวจกาแลคซีดั้งเดิมที่เรียกว่า Lyman-alpha emitters และกาแลคซี“ Lyman break” ซึ่งนักดาราศาสตร์พบในระยะไกลที่สุดและเป็นส่วนที่เก่าแก่ที่สุดของจักรวาล
ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าฟองฟอร์ดดั้งเดิมของก๊าซที่ก่อตัวขึ้นในเอกภพยุคแรกเริ่มเพียง 300 ล้านปีหลังจากที่บิกแบงมีลักษณะเหมือนตัวปล่อยลายแมน - อัลฟา หลังจากประมาณ 1 พันล้านปีที่ผ่านมาการจำลองแสดงให้เห็นว่ากาแลคซีเหล่านี้กลายพันธุ์ในกาแลคซีทำลายลายแมน ในที่สุดหลังจากการวิวัฒนาการกว่า 10 พันล้านปีโครงสร้างก็คล้ายกับกาแลคซีทรงรีในปัจจุบัน
การจำลองยังทำนายการผสมผสานขององค์ประกอบทางเคมีในกาแลคซีในแต่ละขั้นตอนของการวิวัฒนาการและชี้ให้เห็นว่าทางช้างเผือกของเรามีองค์ประกอบเดียวกันในวันนี้เหมือนกับเมื่อมันมีอายุเพียง 1 พันล้านปี จนถึงขณะนี้กาแลคซีถูกคิดว่ามีการวิวัฒนาการอย่างค่อยเป็นค่อยไปและได้รับการตกแต่งในองค์ประกอบที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมในช่วง 10 พันล้านปีโดยการก่อตัวดาวฤกษ์และการระเบิดของซุปเปอร์โนวา
“ การค้นพบของเราแสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของกาแลคซีดำเนินไปเร็วกว่ามากและธาตุหนักจำนวนมากถูกสร้างขึ้นในกาแลคซีในเวลาเพียง 1 พันล้านปี” โมริกล่าว
แหล่งที่มาดั้งเดิม: สถาบันฟิสิกส์
