渦巻銀河NGC1300。クリックして拡大
研究者たちは、世界最速のスーパーコンピュータの1つである地球シミュレータを活用して、初期宇宙での銀河の成長をモデル化しました。チームは最初から、ビッグバンの直後に、ガスの塊が集まって星を形成し、それが次第に大きなコレクションに合流して最終的に銀河になるプロセスをシミュレーションしました。彼らは、天の川のような銀河が、ビッグバンから10億年しか経っていないのと同じように構成されていることを発見しました。
銀河の成長をモデル化するために、2人の天文学者がこれまでに世界最大の天体物理学シミュレーションの1つを実行しました。気候モデリングや地震活動のシミュレーションにも使用されている日本の「Earth Simulator」スーパーコンピュータを使用して、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の森正雄氏と筑波大学の梅村雅之氏は、銀河がわずか3億年からどのように進化したかを計算しましたビッグバン後から現在まで。結果は、銀河が現在考えられているよりもはるかに速く進化した可能性があることを示しています（Nature 440 644）。
「階層的」モデルによれば、銀河は、ガスと星の小さな塊の形成から始まり、次に大きなシステムに融合するボトムアッププロセスによって形成されます。森と梅村は、原始銀河の力学的および化学的進化を考慮に入れるために、天体物理プラズマの「スペクトル合成」コードと組み合わせた強力な3D流体力学コードを使用してこのプロセスをシミュレートしました。 Earth-Simulatorシミュレーションは、1024の「グリッドポイント」に基づいた超高解像度で実行され、宇宙物理学でこれまでに実行された最大の計算の1つになりました。
森と雅之は、冷たい暗黒物質宇宙に基づくシミュレーションで初期条件を設定しました。そのパラメータは、宇宙マイクロ波背景の測定によって決定されます。 2003年に最初に行われたこれらの観測は、宇宙論の標準モデルと一致して、通常の物質4％、暗黒物質22％、暗黒エネルギー74％からなる平らな宇宙に住んでいることを示しています。その後、研究者たちは、数値結果を、ライマンアルファエミッターと呼ばれる原始的な銀河や「ライマンブレーク」銀河の観測と直接比較しました。
結果は、ビッグバンからわずか3億年後の初期宇宙で形成されたガスの原始的な気泡が実際にライマンアルファエミッターのように見えることを示しています。約10億年後、シミュレーションは、これらの銀河がライマンブレイク銀河に変異することを示しています。最後に、100億年の進化の後、構造は現在の楕円銀河に似ています。
シミュレーションはまた、その進化の各段階での銀河の化学元素の混合を予測し、私たちの天の川は、今日の銀河がちょうど10億年前のときとほぼ同じ構成であることを示唆しています。これまで銀河は次第に進化し、星の形成と超新星爆発が繰り返されることにより、100億年の期間をかけて水素とヘリウムを超える重元素が豊富になると考えられていました。
「私たちの発見は、銀河の形成がはるかに速く進行し、大量の重元素がわずか10億年で銀河で生成されたことを示しています」と森は言います。
元のソース：Institute of Physics
