Galassia a spirale NGC 1300. Clicca per ingrandire
I ricercatori hanno sfruttato il potere di uno dei supercomputer più veloci del mondo - il simulatore di terra - per modellare la crescita delle galassie nell'universo primordiale. Il team ha simulato il processo fin dall'inizio, poco dopo il Big Bang, quando gruppi di gas si sono riuniti per formare stelle che poi si sono fuse in raccolte sempre più grandi, e alla fine sono diventate galassie. Hanno scoperto che le galassie come la Via Lattea probabilmente hanno la stessa composizione ora come hanno fatto solo un miliardo di anni dopo il Big Bang.
Due astronomi hanno eseguito fino ad oggi una delle più grandi simulazioni di astrofisica al mondo per modellare la crescita delle galassie. Utilizzando il supercomputer "Earth Simulator" in Giappone, utilizzato anche per la modellistica climatica e la simulazione dell'attività sismica, Masao Mori dell'Università della California a Los Angeles e Masayuki Umemura dell'Università di Tsukuba hanno calcolato come le galassie si sono evolute da soli 300 milioni di anni dopo il Big Bang fino ai giorni nostri. I risultati mostrano che le galassie potrebbero essersi evolute molto più velocemente di quanto si pensi attualmente (Natura 440 644).
Secondo il modello "gerarchico", le galassie si formano attraverso un processo dal basso che inizia con la formazione di piccoli gruppi di gas e stelle che poi si fondono in sistemi più grandi. Mori e Umemura hanno simulato questo processo utilizzando un potente codice idrodinamico 3D combinato con un codice di "sintesi spettrale" per un plasma astrofisico al fine di tenere conto dell'evoluzione dinamica e chimica di una galassia primordiale. La simulazione Earth-Simulator è stata eseguita con una risoluzione ultra elevata basata su 1024 "punti griglia", rendendolo uno dei più grandi calcoli mai eseguiti in astrofisica.
Mori e Masayuki hanno impostato le condizioni iniziali nella loro simulazione sulla base di un freddo universo di materia oscura, i cui parametri sono determinati dalle misurazioni del fondo cosmico a microonde. Queste osservazioni, fatte per la prima volta nel 2003, mostrano che viviamo in un universo piatto che comprende solo il 4% di materia ordinaria, il 22% di materia oscura e il 74% di energia oscura, in accordo con il modello standard di cosmologia. I ricercatori hanno quindi confrontato direttamente i loro risultati numerici con le osservazioni di galassie primitive chiamate emettitori Lyman-alpha e galassie "Lyman break", che gli astronomi trovano nelle parti più distanti e quindi più antiche dell'universo.
I risultati mostrano che le bolle primordiali di gas che si sono formate nell'universo primordiale appena 300 milioni di anni dopo il Big Bang sembrano davvero emettitori di Lyman-alfa. Dopo circa 1 miliardo di anni, le simulazioni mostrano che queste galassie si trasformano in galassie a rottura di Lyman. Alla fine, dopo 10 miliardi di anni di evoluzione, le strutture assomigliano alle attuali galassie ellittiche.
La simulazione prevede anche la miscela di elementi chimici nella galassia in ogni fase della sua evoluzione e suggerisce che la nostra Via Lattea ha approssimativamente la stessa composizione oggi di quando aveva appena 1 miliardo di anni. Fino ad ora, si pensava che le galassie si fossero evolute gradualmente e si siano arricchite di elementi più pesanti oltre l'idrogeno e l'elio per un periodo di 10 miliardi di anni da ripetute formazioni stellari ed esplosioni di supernova.
"La nostra scoperta mostra che la formazione di galassie è proceduta molto più velocemente e che una grande quantità di elementi pesanti è stata prodotta nelle galassie in appena 1 miliardo di anni", afferma Mori.
Fonte originale: Institute of Physics
