Πώς ήταν το Σύμπαν νωρίς στην ιστορία του, μόλις 500 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang; Προς το παρόν, δεν υπάρχει τρόπος να «κοιτάξουμε» τόσο μακριά με τα τηλεσκόπια μας, αλλά κοσμολόγοι από το Πανεπιστήμιο Durham στο Ηνωμένο Βασίλειο έχουν χρησιμοποιήσει μια προσομοίωση υπολογιστών για να προβλέψουν πώς θα εμφανιζόταν το πολύ πρώιμο Σύμπαν. Οι εικόνες απεικονίζουν την «Κοσμική Αυγή» και υπολογίζουν το σχηματισμό των πρώτων μεγάλων γαλαξιών. Η προσομοίωση προσπαθεί επίσης να διακρίνει τον ρόλο που έπαιξε η σκοτεινή ύλη στο σχηματισμό γαλαξιών. «Κοιτάζουμε αποτελεσματικά στο παρελθόν και ελπίζουμε να μάθουμε πώς δημιουργήθηκαν γαλαξίες όπως οι δικοί μας και να κατανοήσουμε περισσότερα για τη σκοτεινή ύλη», δήλωσε ο Alvaro Orsi, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης από το Ινστιτούτο Υπολογιστικής Κοσμολογίας του Πανεπιστημίου Durham (ICC) ). «Η παρουσία της σκοτεινής ύλης είναι το κλειδί για την οικοδόμηση γαλαξιών - χωρίς σκοτεινή ύλη δεν θα είμαστε εδώ σήμερα».
Στις εικόνες που παράγονται από την προσομοίωση του υπολογιστή, οι πράσινοι στροβιλισμοί αντιπροσωπεύουν σκοτεινή ύλη, την οποία οι επιστήμονες λένε ότι είναι απαραίτητο συστατικό στον σχηματισμό γαλαξιών, ενώ οι κύκλοι δείχνουν το ρυθμό σχηματισμού άστρων στους γαλαξίες. Οι διαφορετικοί χρωματικοί κύκλοι αντιπροσωπεύουν τη διαφορετική φωτεινότητα του σχηματισμού αστεριών με το κίτρινο να είναι φωτεινότερο. Η κορυφαία εικόνα απεικονίζει το Σύμπαν όπως ήταν 590 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang και η παρακάτω εικόνα δείχνει το Σύμπαν 1 δισεκατομμύριο χρόνια μετά το Big Bang, καθώς οι ρυθμοί σχηματισμού αστεριών αρχίζουν να αυξάνονται.
Οι πρώτοι γαλαξίες δημιουργήθηκαν από τα συντρίμμια τεράστιων αστεριών που πέθαναν εκρηκτικά λίγο μετά την έναρξη του Σύμπαντος. Ο υπολογισμός του Durham προβλέπει πού εμφανίζονται αυτοί οι γαλαξίες και πώς εξελίσσονται μέχρι σήμερα, πάνω από 13 δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα. Αν και οι γαλαξίες σήμερα είναι μεγαλύτεροι, δεν σχηματίζουν αστέρια τόσο γρήγορα όσο ήταν στο παρελθόν. «Η έρευνά μας προβλέπει ποιοι γαλαξίες αναπτύσσονται μέσω του σχηματισμού των άστρων σε διαφορετικούς χρόνους στην ιστορία του Σύμπαντος και πώς σχετίζονται με τη σκοτεινή ύλη», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Δρ Carlton Baugh. «Δίνουμε στον υπολογιστή αυτό που πιστεύουμε ότι είναι η συνταγή για σχηματισμό γαλαξιών και βλέπουμε τι παράγεται το οποίο στη συνέχεια δοκιμάζεται έναντι παρατηρήσεων πραγματικών γαλαξιών».
Η μαζική προσομοίωση δείχνει πώς οι δομές αναπτύσσονται σε σκοτεινή ύλη με ένα μοντέλο που δείχνει πώς η φυσιολογική ύλη, όπως το αέριο, συμπεριφέρεται για να προβλέψει πώς μεγαλώνουν οι γαλαξίες. Το αέριο αισθάνεται την έλξη της βαρύτητας από τη σκοτεινή ύλη και θερμαίνεται πριν από την ψύξη απελευθερώνοντας ακτινοβολία και μετατρέποντας σε αστέρια. Οι εικόνες προσομοίωσης δείχνουν ποιοι γαλαξίες σχηματίζουν αστέρια πιο έντονα σε μια δεδομένη στιγμή. Η παρακάτω εικόνα δείχνει το Σύμπαν 1,9 δισεκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, μια πολύ ενεργή εποχή σχηματισμών αστεριών στους γαλαξίες.
Οι υπολογισμοί της ομάδας Durham, υποστηριζόμενοι από επιστήμονες στο Universidad Catolica στο Σαντιάγο της Χιλής, μπορούν να δοκιμαστούν σε νέες παρατηρήσεις που φτάνουν στα πρώτα στάδια της ιστορίας του Σύμπαντος σχεδόν ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά το Big Bang. Ο καθηγητής Keith Mason, Διευθύνων Σύμβουλος του Συμβουλίου Εγκαταστάσεων Επιστήμης και Τεχνολογίας, δήλωσε: «Η υπολογιστική κοσμολογία παίζει σημαντικό ρόλο στην κατανόηση του Σύμπαντος. Όχι μόνο αυτές οι προσομοιώσεις μας επιτρέπουν να κοιτάξουμε πίσω στο παρελθόν στο Σύμπαν, αλλά συμπληρώνουν το έργο και τις παρατηρήσεις των αστρονόμων μας. "
Αυτή η εικόνα δείχνει το περιοδικό Space, 13,6 δισεκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang. Οι γαλαξίες δεν σχηματίζουν αστέρια τόσο γρήγορα τώρα όσο ήταν στο παρελθόν.
Η ομάδα ελπίζει ότι η περαιτέρω μελέτη και οι προσομοιώσεις των επιπτώσεων της σκοτεινής ύλης στους γαλαξίες θα βοηθήσουν τους αστρονόμους να μάθουν περισσότερα για το τι είναι αυτή η πανταχού παρούσα ουσία.
Πηγή: Συμβούλιο Επιστημών και Τεχνολογικών Εγκαταστάσεων
Ινστιτούτο Υπολογιστικής Κοσμολογίας, Πανεπιστήμιο Durham
Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Durham
