Hur såg universum ut tidigt i sin historia, bara 500 miljoner år efter Big Bang? För närvarande har vi inget sätt att faktiskt "titta" tillbaka så långt med våra teleskop, men kosmologer från Durham University i Storbritannien har använt en datorsimulering för att förutsäga hur det mycket tidiga universum skulle ha framträtt. Bilderna skildrar "Cosmic Dawn" och beräknar bildandet av de första stora galaxerna. Simuleringen försöker också urskilja den roll som mörk materia spelade i galaxbildning. "Vi ser effektivt tillbaka i tiden och därmed hoppas vi lära oss hur galaxer som våra egna gjordes och att förstå mer om mörk materia," sade Alvaro Orsi, huvudförfattare till studien från Durham Universitys Institute for Computational Cosmology (ICC) ). "Närvaron av mörk materia är nyckeln till att bygga galaxer - utan mörk materia skulle vi inte vara här i dag."
I de bilder som produceras av datorsimuleringen representerar de gröna virvlarna mörk materia, som forskarna säger är en viktig ingrediens i galaxbildning, medan cirklarna visar stjärnbildningsgraden i galaxer. De olika färgcirklarna representerar den varierande ljusstyrkan i stjärnbildningen med gul som ljusast. Den översta bilden skildrar universum som det var 590 miljoner år efter Big Bang, och bilden nedan visar universum 1 miljard år efter Big Bang, när stjärnbildningsgraden börjar öka.
De allra första galaxerna skapades från skräp av massiva stjärnor som dog explosivt kort efter universums början. Durham-beräkningen förutsäger var dessa galaxer verkar och hur de utvecklas till idag, över 13 miljarder år senare. Även om galaxerna idag är större, bildar de inte stjärnor så snabbt nu som tidigare. "Vår forskning förutsäger vilka galaxer som växer genom bildandet av stjärnor vid olika tidpunkter i universums historia och hur dessa förknippas med den mörka materien," sa medförfattaren Dr. Carlton Baugh. "Vi ger datorn vad vi tror är receptet för galaxbildning och vi ser vad som produceras som sedan testas mot observationer av verkliga galaxer."
Den massiva simuleringen visar hur strukturer växer i mörk materia med en modell som visar hur normal materia, såsom gas, uppför sig för att förutsäga hur galaxer växer. Gas känner dragkraften från mörk materia och värms upp innan den kyls genom att släppa strålning och förvandlas till stjärnor. Simuleringsbilderna visar vilka galaxer som bildar stjärnor mest kraftfullt vid en given tidpunkt. Bilden nedan visar universum 1,9 miljarder år efter Big Bang, en mycket aktiv tid för stjärnbildningar i galaxer.
Beräkningarna av Durham-teamet, som stöds av forskare vid Universidad Catolica i Santiago, Chile, kan testas mot nya observationer som når tillbaka till tidiga stadier i universums historia nästan en miljard år efter Big Bang. Professor Keith Mason, verkställande direktör för rådet för vetenskap och teknologi, sa: ”Beräknings kosmologi spelar en viktig roll i vår förståelse av universum. Dessa simuleringar tillåter oss inte bara att titta tillbaka i tid till det tidiga universum utan de kompletterar våra astronomers arbete och observationer. ”
Den här bilden visar Space Magazine, 13,6 miljarder år efter Big Bang. Galaxer bildar inte stjärnor så snabbt nu som tidigare.
Teamet hoppas att ytterligare studier och simuleringar av effekterna av mörk materia på galaxer hjälper astronomer att lära sig mer om vad denna allestädes närvarande substans är.
Källa: Science and Technology Facility Council
Institute for Computational Cosmology, Durham University
Institutionen för fysik, Durham University
