Galaxia espiral NGC 1300. Haga clic para agrandar
Los investigadores han aprovechado el poder de una de las supercomputadoras más rápidas del mundo, el Simulador de la Tierra, para modelar el crecimiento de las galaxias en el Universo temprano. El equipo simuló el proceso desde el principio, poco después del Big Bang, cuando grupos de gas se unieron para formar estrellas que luego se fusionaron en colecciones cada vez más grandes, y finalmente se convirtieron en galaxias. Descubrieron que las galaxias como la Vía Láctea probablemente tengan la misma composición ahora que solo tenían mil millones de años después del Big Bang.
Dos astrónomos han realizado una de las simulaciones astrofísicas más grandes del mundo hasta la fecha para modelar el crecimiento de las galaxias. Utilizando la supercomputadora "Earth Simulator" en Japón, que también se utiliza para modelar el clima y simular la actividad sísmica, Masao Mori de la Universidad de California en Los Ángeles y Masayuki Umemura en la Universidad de Tsukuba han calculado cómo evolucionaron las galaxias a partir de solo 300 millones de años. Después del Big Bang hasta nuestros días. Los resultados muestran que las galaxias pueden haber evolucionado mucho más rápido de lo que se cree actualmente (Nature 440 644).
Según el modelo "jerárquico", las galaxias se forman a través de un proceso ascendente que comienza con la formación de pequeños grupos de gases y estrellas que luego se fusionan en sistemas más grandes. Mori y Umemura simularon este proceso utilizando un poderoso código hidrodinámico 3D combinado con un código de "síntesis espectral" para un plasma astrofísico con el fin de tener en cuenta la evolución dinámica y química de una galaxia primordial. La simulación Earth-Simulator se realizó con una resolución ultraalta basada en 1024 "puntos de cuadrícula", lo que lo convierte en uno de los cálculos más grandes jamás realizados en astrofísica.
Mori y Masayuki establecieron las condiciones iniciales en su simulación basadas en un universo de materia oscura fría, cuyos parámetros están determinados por mediciones del fondo cósmico de microondas. Estas observaciones, realizadas por primera vez en 2003, muestran que estamos viviendo en un universo plano que comprende solo 4% de materia ordinaria, 22% de materia oscura y 74% de energía oscura, de acuerdo con el modelo estándar de cosmología. Luego, los investigadores compararon directamente sus resultados numéricos con observaciones de galaxias primitivas llamadas emisores Lyman-alfa y galaxias "Lyman break", que los astrónomos encuentran en las partes más distantes y, por lo tanto, más antiguas del universo.
Los resultados muestran que las burbujas de gas primordiales que se formaron en el universo temprano, solo 300 millones de años después del Big Bang, se parecen a los emisores Lyman-alpha. Después de aproximadamente mil millones de años, las simulaciones muestran que estas galaxias mutan en Lyman rompen galaxias. Finalmente, después de 10 mil millones de años de evolución, las estructuras se parecen a las galaxias elípticas actuales.
La simulación también predice la mezcla de elementos químicos en la galaxia en cada etapa de su evolución, y sugiere que nuestra Vía Láctea tiene aproximadamente la misma composición hoy que cuando tenía solo mil millones de años. Hasta ahora, se pensaba que las galaxias evolucionaron gradualmente y se enriquecieron en elementos más pesados más allá del hidrógeno y el helio durante un período de 10 mil millones de años por la formación repetida de estrellas y explosiones de supernovas.
"Nuestro hallazgo muestra que la formación de galaxias avanzó mucho más rápido y que una gran cantidad de elementos pesados se produjeron en galaxias en solo mil millones de años", dice Mori.
Fuente original: Instituto de Física
