المجرة الحلزونية NGC 1300. اضغط للتكبير
استخدم الباحثون قوة أحد أسرع الحواسيب الفائقة في العالم - محاكي الأرض - لنمذجة نمو المجرات في أوائل الكون. قام الفريق بمحاكاة العملية منذ البداية ، مباشرة بعد الانفجار العظيم ، عندما اجتمعت مجموعات من الغاز معًا لتشكيل النجوم التي اندمجت بعد ذلك في مجموعات أكبر وأكبر ، وأصبحت أخيرًا مجرات. ووجدوا أن المجرات مثل درب التبانة ربما يكون لها نفس التكوين الآن كما كان الحال بعد مليار سنة فقط من الانفجار العظيم.
أجرى اثنان من علماء الفلك واحدة من أكبر عمليات محاكاة الفيزياء الفلكية في العالم حتى الآن من أجل نمذجة نمو المجرات. باستخدام الكمبيوتر العملاق "Earth Simulator" في اليابان ، والذي يستخدم أيضًا لنمذجة المناخ ومحاكاة النشاط الزلزالي ، قام ماساو موري من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس وماسايوكي أوميمورا في جامعة تسوكوبا بحساب كيفية تطور المجرات من 300 مليون سنة فقط بعد الانفجار الكبير حتى يومنا هذا. أظهرت النتائج أن المجرات ربما تكون قد تطورت بشكل أسرع بكثير مما يعتقد حاليًا (Nature 440644).
وفقًا للنموذج "الهرمي" ، تتشكل المجرات من خلال عملية من أسفل إلى أعلى تبدأ بتشكيل مجموعات صغيرة من الغاز والنجوم التي تندمج بعد ذلك في أنظمة أكبر. قام Mori و Umemura بمحاكاة هذه العملية باستخدام كود هيدروديناميكي ثلاثي الأبعاد قوي مقترن برمز "التوليف الطيفي" لبلازما فيزيائية فلكية من أجل مراعاة التطور الديناميكي والكيميائي للمجرة البدائية. تم تنفيذ محاكاة Earth-Simulator بدقة فائقة جدًا تستند إلى 1024 "نقطة شبكة" ، مما يجعلها واحدة من أكبر الحسابات التي تم إجراؤها في الفيزياء الفلكية على الإطلاق.
وضع موري وماسايوكي الشروط الأولية في محاكاةهما على أساس عالم المادة المظلمة الباردة ، والتي يتم تحديد معلماتها من خلال قياسات خلفية الميكروويف الكونية. تظهر هذه الملاحظات ، التي تم إجراؤها لأول مرة في عام 2003 ، أننا نعيش في عالم مسطح يضم فقط 4٪ من المادة العادية ، و 22٪ من المادة المظلمة و 74٪ من الطاقة المظلمة - بالاتفاق مع النموذج القياسي لعلم الكون. ثم قارن الباحثون مباشرة نتائجهم العددية بملاحظات المجرات البدائية المسماة بواعث ليمان ألفا ومجرات "ليمان كسر" ، التي وجدها الفلكيون في الأجزاء البعيدة وبالتالي الأقدم في الكون.
أظهرت النتائج أن فقاعات الغاز البدائية التي تشكلت في الكون المبكر بعد 300 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم تبدو بالفعل مثل بواعث ليمان ألفا. بعد حوالي مليار سنة ، تظهر المحاكاة أن هذه المجرات تتحول إلى مجرات ليمان تكسر المجرات. وأخيرًا ، بعد 10 مليار سنة من التطور ، تشبه الهياكل المجرات الإهليلجية الحالية.
تتنبأ المحاكاة أيضًا بمزيج العناصر الكيميائية في المجرة في كل مرحلة من مراحل تطورها ، وتشير إلى أن مجرتنا درب التبانة لديها تقريبًا نفس التركيب الذي كانت عليه اليوم عندما كان عمرها مليار سنة فقط. حتى الآن ، كان يُعتقد أن المجرات قد تطورت تدريجيًا وأصبح غنيًا بالعناصر الأثقل خارج الهيدروجين والهيليوم على مدى 10 مليارات سنة من خلال تكوين النجوم المتكرر وانفجارات السوبرنوفا.
يقول موري: "تبين النتائج التي توصلنا إليها أن تكوين المجرات سار بشكل أسرع بكثير وأن كمية كبيرة من العناصر الثقيلة تم إنتاجها في المجرات خلال مليار سنة فقط".
المصدر الأصلي: معهد الفيزياء
