Computer simuleert ontstaan eerste melkwegstelsels

Twee japanners, te weten Masao Mori van de Universiteit van California (Los Angeles) en Masayuki Umemura van de Universiteit van Tsukuba (vast ergens in Japan), hebben met behulp van een héél snelle computer een simulatie gedraaid van het ontstaan van de allereerste generatie sterrenstelsels. In hun model laten ze de evolutie zien die stelsels ondergaan van het allereerste begin, 300 miljoen jaar na de Big Bang, tot het heden, 13,4 miljard jaar later. Mori en Umemura maakten gebruik van de "Earth Simulator" supercomputer in Japan, die normaal voor klimaatberekeningen en voorspellingen van aardbevingen wordt gebruikt.
Uitgangspunten van hun model waren een heelal gevuld met 22% koude donkere materie, 73% donkere energie en de resterende 4% gewone materie. Deze mix is onlangs nog door de waarnemingen van de WIMP-satelliet bevestigd. Algemeen beeld van het ontstaan van sterrenstelsels is dat er een bottom-up proces plaatsvindt: kleine klompjes materie vormen sterren, die klonteren samen tot groepen sterren en die vormen op hun beurt weer grote sterrenstelsels. De twee japanners stopten een 3D hydrodynamische code gecombineerd met een "spectral synthesis" code voor een astrofysich plasma in de supercomputer om zo een beeld te krijgen van de dynamische en chemische evolutie van een oer-sterrenstelsel. En verdraaid..... het lukte! Drie fasen werden onderscheiden in de evolutie van het sterrenstelsel:

• van 300 miljoen tot 1 miljard jaar is er sprake van een zogenaamde Lyman-Alpha straler, stelsels met weinig metaal in hun chemische compositie. Eerder al werden deze Lyman-Alpha stelsels als de bouwstenen van sterrenstelsels gezien, waardoor sommige astronomen spraken van 'Lyman alpha Emitting Galaxy-building Objects' (LEGO's).
• Vanaf 1 miljard jaar na de Big Bang begint het stelsel op een zogenaamd Lyman Break stelsel te lijken, een sterrenstelsel met een verhoogde uitstoot van gas. Opmerkelijke uitkomst van de simulatie is dat de chemische compositie van de Lyman Break stelsels (LBG's) gelijkenis vertoond met hedendaagse sterrenstelsels: veel zware elementen! Tot nu toe dacht men altijd dat die zware elementen, de elementen zwaarder dan waterstof en helium, vooral na 1 miljard jaar zijn ontstaan door de het ontstaan en exploderen van zware sterren. Dat beeld moet kennelijk werden herzien.
• Tenslotte na 10 miljard jaar toont het stelsel veel gelijkenis met een 'gewoon' elliptisch sterrenstelsel.

Afgelopen donderdag hebben Mori en Umemura verslag gedaan van hun simulatie in het wetenschappelijk tijdschrift Nature. Wie geïnteresseerd is in een animatie van de simulatie kan terecht op deze link, alwaar een download van 12,9 Mb te wachten staat. Het figuur hierboven laat de evolutie zien van sterren, gas en metalen binnen een sterrenstelsel gedurende de eerste miljard jaar. Het te downloaden filmpje duurt uiteindelijk 43 seconden en de indruk die het op mij wekte was dat er een soort kosmisch monster aan het ontstaan was met allerlei vreselijke tentakels. Maar goed, da's mijn mening en daar kan de trouwe lezer van deze astroblogs uiteraard een heel andere mening over hebben.
Bron van het bericht: Physics web.