Wie sah das Universum zu Beginn seiner Geschichte aus, nur 500 Millionen Jahre nach dem Urknall? Derzeit haben wir keine Möglichkeit, mit unseren Teleskopen tatsächlich so weit zurückzublicken, aber Kosmologen der Durham University in Großbritannien haben eine Computersimulation verwendet, um vorherzusagen, wie das sehr frühe Universum erschienen wäre. Die Bilder zeigen die „kosmische Morgendämmerung“ und berechnen die Bildung der ersten großen Galaxien. Die Simulation versucht auch, die Rolle der Dunklen Materie bei der Galaxienbildung zu erkennen. "Wir blicken effektiv in die Zeit zurück und hoffen, auf diese Weise zu erfahren, wie Galaxien wie unsere hergestellt wurden, und mehr über dunkle Materie zu verstehen", sagte Alvaro Orsi, Hauptautor der Studie des Instituts für Computational Cosmology (ICC) der Durham University ). "Das Vorhandensein dunkler Materie ist der Schlüssel zum Aufbau von Galaxien - ohne dunkle Materie wären wir heute nicht hier."
In den von der Computersimulation erzeugten Bildern stellen die grünen Wirbel dunkle Materie dar, die nach Ansicht der Wissenschaftler ein wesentlicher Bestandteil der Galaxienbildung ist, während die Kreise die Sternentstehungsrate in Galaxien zeigen. Die verschiedenen Farbkreise repräsentieren die unterschiedliche Leuchtkraft der Sternentstehung, wobei Gelb am hellsten ist. Das obere Bild zeigt das Universum, wie es 590 Millionen Jahre nach dem Urknall war, und das Bild unten zeigt das Universum 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall, als die Sternentstehungsraten zu steigen beginnen.
Die allerersten Galaxien wurden aus den Trümmern massereicher Sterne erschaffen, die kurz nach dem Beginn des Universums explosionsartig starben. Die Durham-Berechnung sagt voraus, wo diese Galaxien erscheinen und wie sie sich bis heute, über 13 Milliarden Jahre später, entwickeln. Obwohl die Galaxien heute größer sind, bilden sie heute nicht mehr so schnell Sterne wie früher. "Unsere Forschung sagt voraus, welche Galaxien durch die Bildung von Sternen zu verschiedenen Zeiten in der Geschichte des Universums wachsen und wie diese mit der dunklen Materie zusammenhängen", sagte Co-Autor Dr. Carlton Baugh. "Wir geben dem Computer das, was wir für das Rezept für die Galaxienbildung halten, und wir sehen, was produziert wird, das dann gegen Beobachtungen realer Galaxien getestet wird."
Die massive Simulation zeigt, wie Strukturen in dunkler Materie wachsen, und zeigt anhand eines Modells, wie sich normale Materie wie Gas verhält, um das Wachstum von Galaxien vorherzusagen. Gas spürt die Schwerkraft der dunklen Materie und wird vor dem Abkühlen erwärmt, indem es Strahlung abgibt und sich in Sterne verwandelt. Die Simulationsbilder zeigen, welche Galaxien zu einem bestimmten Zeitpunkt am stärksten Sterne bilden. Das Bild unten zeigt das Universum 1,9 Milliarden Jahre nach dem Urknall, einer sehr aktiven Zeit der Sternentstehung in Galaxien.
Die Berechnungen des Durham-Teams, die von Wissenschaftlern der Universidad Catolica in Santiago, Chile, unterstützt werden, können gegen neue Beobachtungen getestet werden, die fast eine Milliarde Jahre nach dem Urknall bis in frühe Stadien der Geschichte des Universums zurückreichen. Professor Keith Mason, Vorstandsvorsitzender des Science and Technology Facilities Council, sagte: „Die Computerkosmologie spielt eine wichtige Rolle für unser Verständnis des Universums. Diese Simulationen ermöglichen uns nicht nur einen Rückblick auf das frühe Universum, sondern ergänzen auch die Arbeit und Beobachtungen unserer Astronomen. “
Dieses Bild zeigt das Space Magazine, 13,6 Milliarden Jahre nach dem Urknall. Galaxien bilden heute nicht mehr so schnell Sterne wie früher.
Das Team hofft, dass weitere Untersuchungen und Simulationen der Auswirkungen dunkler Materie auf Galaxien den Astronomen helfen werden, mehr über diese allgegenwärtige Substanz zu erfahren.
Quelle: Wissenschafts- und Technologieeinrichtungenrat
Institut für Computational Cosmology, Durham University
Institut für Physik, Durham University
