Galaksi spiral NGC 1300. Klik untuk memperbesar
Para peneliti telah memanfaatkan kekuatan salah satu superkomputer tercepat di dunia - Earth Simulator - untuk memodelkan pertumbuhan galaksi di alam semesta awal. Tim mensimulasikan proses sejak awal, tak lama setelah Big Bang, ketika gumpalan gas berkumpul untuk membentuk bintang yang kemudian bergabung menjadi koleksi yang lebih besar dan lebih besar, dan akhirnya menjadi galaksi. Mereka menemukan bahwa galaksi seperti Bima Sakti mungkin memiliki komposisi yang sama sekarang seperti yang mereka lakukan hanya satu miliar tahun setelah Big Bang.
Dua astronom telah melakukan salah satu simulasi astrofisika terbesar di dunia hingga saat ini untuk memodelkan pertumbuhan galaksi. Menggunakan superkomputer "Earth Simulator" di Jepang, yang juga digunakan untuk pemodelan iklim dan simulasi aktivitas seismik, Masao Mori dari University of California di Los Angeles dan Masayuki Umemura di University of Tsukuba telah menghitung bagaimana galaksi berevolusi dari hanya 300 juta tahun. setelah Big Bang hingga hari ini. Hasilnya menunjukkan bahwa galaksi mungkin telah berevolusi jauh lebih cepat daripada yang diyakini saat ini (Alam 440 644).
Menurut model "hierarkis", galaksi terbentuk melalui proses bottom-up yang dimulai dengan pembentukan gumpalan kecil gas dan bintang yang kemudian bergabung menjadi sistem yang lebih besar. Mori dan Umemura mensimulasikan proses ini menggunakan kode hidrodinamik 3D yang kuat dikombinasikan dengan kode "sintesis spektral" untuk plasma astrofisika untuk memperhitungkan evolusi dinamis dan kimiawi dari sebuah galaksi purba. Simulasi Earth-Simulator dilakukan dengan resolusi ultra-tinggi berdasarkan 1024 "titik grid", menjadikannya salah satu perhitungan terbesar yang pernah dilakukan dalam astrofisika.
Mori dan Masayuki mengatur kondisi awal dalam simulasi mereka berdasarkan pada alam semesta materi gelap dingin, yang parameternya ditentukan oleh pengukuran latar belakang gelombang mikro kosmik. Pengamatan ini, pertama kali dilakukan pada tahun 2003, menunjukkan bahwa kita hidup di alam semesta yang datar yang terdiri dari hanya 4% materi biasa, 22% materi gelap dan 74% energi gelap - sesuai dengan model standar kosmologi. Para peneliti kemudian secara langsung membandingkan hasil numerik mereka dengan pengamatan galaksi primitif yang disebut penghasil Lyman-alpha dan galaksi "Lyman break", yang ditemukan para astronom di bagian paling jauh dan karena itu tertua di alam semesta.
Hasilnya menunjukkan bahwa gelembung gas purba yang terbentuk di alam semesta awal hanya 300 juta tahun setelah Big Bang memang terlihat seperti penghasil Lyman-alpha. Setelah sekitar 1 miliar tahun, simulasi menunjukkan bahwa galaksi ini bermutasi menjadi Lyman memecah galaksi. Akhirnya, setelah 10 miliar tahun evolusi, strukturnya menyerupai galaksi elips masa kini.
Simulasi ini juga memprediksi campuran unsur-unsur kimia di galaksi pada setiap tahap evolusinya, dan menunjukkan bahwa Bima Sakti kita memiliki komposisi yang kira-kira sama seperti saat ini ketika baru berusia 1 miliar tahun. Sampai sekarang, galaksi dianggap telah berevolusi secara bertahap dan menjadi diperkaya dalam unsur-unsur yang lebih berat di luar hidrogen dan helium selama periode 10 miliar tahun dengan pembentukan bintang berulang dan ledakan supernova.
“Temuan kami menunjukkan bahwa pembentukan galaksi berjalan lebih cepat dan sejumlah besar unsur berat diproduksi di galaksi hanya dalam 1 miliar tahun,” kata Mori.
Sumber Asli: Institut Fisika
