Αστροφυσική, Διάστημα

Αστροφυσικοί προσομοίωσαν ένα γαλαξία σαν τον δικό μας – η προσομοίωση υποστηρίζει το κοσμολογικό μοντέλο και την ψυχρή σκοτεινή ύλη

Ένα μοντέλο που αναπαριστά τον σχηματισμό του Γαλαξία δεν είναι κάτι απλό. Εδώ και δυο δεκαετίες οι αστροφυσικοί προσπαθούν να συνθέσουν την αναπαράσταση της γέννησης ενός σπειροειδούς γαλαξία όπως ο δικός μας χωρίς ικανοποιητικά αποτελέσματα. Μια ομάδα ερευνητών κατόρθωσε όμως τελικά να επιτύχει το δύσκολο έργο.

Share

Ένα μοντέλο που αναπαριστά τον σχηματισμό του Γαλαξία δεν είναι κάτι απλό. Εδώ και δυο δεκαετίες οι αστροφυσικοί προσπαθούν να συνθέσουν την αναπαράσταση της γέννησης ενός σπειροειδούς γαλαξία όπως ο δικός μας χωρίς ικανοποιητικά αποτελέσματα. Μια ομάδα ερευνητών κατόρθωσε όμως τελικά να επιτύχει το δύσκολο έργο.

Η προσομοίωσή τους, εκτός του ότι επιβεβαιώνει τις γνώσεις μας στην Αστροφυσική, προσφέρει μια νέα ματιά στις πρώτες στιγμές της διαστημικής μας «περιφέρειας» και δίνει καινούργιες πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά της.

Το πρώτο μοντέλο της γέννησης του Γαλαξία

Αριστερά: η προσομοίωση του Γαλαξία με τα αέρια σε κόκκινο και τα άστρα σε γαλάζιο χρώμα. Δεξιά μια φωτογραφία του γαλαξία Μ74 «χρωματισμένη» με τα αέρια σε κόκκινο και τα άστρα σε γαλάζιο. Οι σπειροεδείς βραχίονες αερίων είναι εμφανείς και στις δυο απεικονίσεις με την κεντρική ράβδο στη μέση

Το πρώτο ρεαλιστικό μοντέλο

Eris_galaxy Το πρώτο ρεαλιστικό μοντέλο του σχηματισμού σπειροειδών γαλαξιών αναπτύχθηκε από μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Lucio Mayer, αστροφυσικό του Πανεπιστημίου της Ζυρίχης, και τον Piero Madau, αστρονόμο του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Σάντα Κρους. Δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Astrophysical Journal».

Η προσομοίωση είναι εξαιρετικά σύνθετη και αναπαριστά έναν σπειροειδή γαλαξία παρόμοιο με τον δικό μας ενώ σχηματίζεται χωρίς εξωτερική παρέμβαση. Ονομάζεται «Ερις»  προς τιμήν της θεάς της διχόνοιας, εξ αιτίας των πολυετών αντιπαραθέσεων των θεωρητικών γύρω από τον σχηματισμό των γαλαξιών αυτού του είδους  και μας μεταφέρει πολύ πίσω στον χρόνο, σε λιγότερο από ένα εκατομμύριο έτη μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Οι προσομοιώσεις του είδους δεν έχουν κανένα νόημα αν δεν αναπαριστούν την πραγματικότητα λαμβάνοντας υπ’ όψη τους νόμους και τις διαδικασίες της Φυσικής. Οι προηγούμενες προσπάθειες που είχαν γίνει ως τώρα παρουσίαζαν ελλείψεις σε μερικά σημεία. Το μοντέλο της ομάδας των πανεπιστημίων της Ζυρίχης και της Καλιφόρνιας δεν παρουσιάζει κανένα «ψεγάδι» και αποτελεί την απόλυτη απόδειξη ότι οι γνώσεις και οι θεωρίες που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξή του είναι σωστές.

Τα αποτελέσματα υποστηρίζουν την επικρατούσα θεωρία της “ψυχρής σκοτεινής ύλης", στην οποία η εξέλιξη της δομής στο σύμπαν οδηγείται από τη βαρυτική αλληλεπίδραση της σκοτεινής ύλης ("σκοτεινή", διότι δεν μπορούμε να τη δούμε, και "ψυχρή", επειδή είναι τα σωματίδια της κινούνται αργά). Η βαρύτητα ενήργησε αρχικά πάνω σε μικρές διακυμάνσεις πυκνότητας που παρουσιάστηκαν λίγο μετά το Big Bang, συνενώνοντας τις πρώτες συγκεντρώσεις μάζας της σκοτεινής ύλης, που εξελίχθηκαν σε όλο και μεγαλύτερες μάζες μέσα από μια ιεραρχική συγχώνευση, από τις μικρότερες στις μεγαλύτερες συγκεντρώσεις. Η συνηθισμένη ύλη που φτιάχνει τα αστέρια και τους πλανήτες (λιγότερο από το 20 τοις εκατό της ύλης στο σύμπαν) είχε πέσει μέσα σε "πηγάδια βαρύτητας", που δημιουργούνται από τις μεγάλες μάζες της σκοτεινής ύλης, προκαλώντας την ανάπτυξη των γαλαξιών στα κέντρα της άλως από σκοτεινή ύλη.

“Ο σχηματισμός άστρων στους πραγματικούς γαλαξίες εμφανίζεται κατά σμήνη και επιβεβαιώνουν ότι μια κοσμολογική προσομοίωσης είναι πολύ δύσκολη," δήλωσαν οι ερευνητές. "Σε αυτή την πρώτη προσομοίωση δείχνεται ότι το σενάριο της ψυχρής σκοτεινής ύλης, όπου η σκοτεινή ύλη αποτελεί τη σκαλωσιά για το σχηματισμό των γαλαξιών, είναι σε θέση να παράγει ρεαλιστικούς γαλαξίες"

Για να εκτελέσετε την προσομοίωση του γαλαξία “Έρις”, οι ερευνητές άρχισαν με μια προσομοίωση χαμηλής ανάλυσης της σκοτεινής ύλης που εξελίσσεται για να σχηματίσουν το φωτοστέφανο (την άλω), που φιλοξενούν οι σημερινοί γαλαξίες. Στη συνέχεια επέλεξαν ένα φωτοστέφανο με την κατάλληλη μάζα και με μια ιστορία συγχωνεύσεων για να φιλοξενήσει ένα γαλαξία σαν τον Γαλαξία μας και ‘έβαλαν την ταινία προς τα πίσω’ επιστρέφοντας στις αρχικές συνθήκες. Κάνοντας ζουμ στη μικρή περιοχή που εξελίχθηκε στον επιλεγέντα φωτοστέφανο (την άλω), πρόσθεσαν σωματίδια αερίου και διεύρυναν αισθητά την ανάλυση της προσομοίωσης. Η υψηλή ανάλυση σημαίνει ότι γίνεται παρακολούθηση των αλληλεπιδράσεων ενός τεράστιου αριθμού σωματιδίων.

Τέλος, η προσομοίωση παρακολούθησε τις αλληλεπιδράσεις περισσότερων από 60 εκατομμύρια σωματίδια της σκοτεινής ύλης και αερίου. Στην προσομοίωση ήταν παρόντες πολλοί νόμοι της φυσικής Από το νόμο της βαρύτητας και της υδροδυναμικής έως τον σχηματισμό των άστρων και τις εκρήξεις των σουπερνόβα. Έτσι, αυτή ήταν μια κοσμολογική προσομοίωση με την υψηλότερη ανάλυση που έγινε ποτέ”, δήλωσαν οι επιστήμονες.

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share