Hoe zag het heelal er al vroeg in zijn geschiedenis uit, slechts 500 miljoen jaar na de oerknal? Momenteel kunnen we met onze telescopen niet echt zo ver terugkijken, maar kosmologen van de Durham University in het VK hebben een computersimulatie gebruikt om te voorspellen hoe het zeer vroege heelal zou zijn ontstaan. De afbeeldingen beelden de 'Kosmische dageraad' uit en berekenen de vorming van de eerste grote sterrenstelsels. De simulatie probeert ook de rol te onderscheiden die donkere materie speelde bij de vorming van sterrenstelsels. "We kijken effectief terug in de tijd en hopen daardoor te leren hoe sterrenstelsels zoals de onze zijn gemaakt en om meer te weten te komen over donkere materie", zegt Alvaro Orsi, hoofdauteur van de studie van het Durham University's Institute for Computational Cosmology (ICC) ). "De aanwezigheid van donkere materie is de sleutel tot het bouwen van sterrenstelsels - zonder donkere materie zouden we hier vandaag niet zijn."
In de door de computersimulatie geproduceerde beelden vertegenwoordigen de groene wervelingen donkere materie, waarvan de wetenschappers zeggen dat het een essentieel ingrediënt is bij de vorming van sterrenstelsels, terwijl de cirkels de snelheid van stervorming in sterrenstelsels tonen. De verschillende kleurencirkels vertegenwoordigen de variërende helderheid van stervorming, waarbij geel het helderst is. De bovenste afbeelding geeft het heelal weer zoals het 590 miljoen jaar na de oerknal was, en de afbeelding hieronder toont het heelal 1 miljard jaar na de oerknal, terwijl de stervormingssnelheid begint toe te nemen.
De allereerste sterrenstelsels zijn ontstaan uit het puin van massieve sterren die kort na het begin van het heelal explosief stierven. De Durham-berekening voorspelt waar deze sterrenstelsels verschijnen en hoe ze evolueren naar de huidige tijd, meer dan 13 miljard jaar later. Hoewel de sterrenstelsels tegenwoordig groter zijn, vormen ze nu niet zo snel sterren als in het verleden. "Ons onderzoek voorspelt welke sterrenstelsels groeien door de vorming van sterren op verschillende momenten in de geschiedenis van het heelal en hoe deze zich verhouden tot de donkere materie", zegt co-auteur Dr. Carlton Baugh. "We geven de computer wat volgens ons het recept is voor de vorming van sterrenstelsels en we zien wat er wordt geproduceerd, dat vervolgens wordt getoetst aan waarnemingen van echte sterrenstelsels."
De enorme simulatie laat zien hoe structuren groeien in donkere materie met een model dat laat zien hoe normale materie, zoals gas, zich gedraagt om te voorspellen hoe sterrenstelsels groeien. Gas voelt de zwaartekracht uit donkere materie trekken en wordt voor het afkoelen opgewarmd door straling af te geven en in sterren te veranderen. De simulatiebeelden laten zien welke sterrenstelsels op een bepaald moment de krachtigste sterren vormen. De onderstaande afbeelding toont het heelal 1,9 miljard jaar na de oerknal, een zeer actieve tijd van stervormingen in sterrenstelsels.
De berekeningen van het Durham-team, ondersteund door wetenschappers van de Universidad Catolica in Santiago, Chili, kunnen worden getoetst aan nieuwe waarnemingen die teruggaan tot de vroege stadia van de geschiedenis van het heelal, bijna een miljard jaar na de oerknal. Professor Keith Mason, Chief Executive van de Science and Technology Facilities Council, zei: “Computationele kosmologie speelt een belangrijke rol in ons begrip van het heelal. Deze simulaties stellen ons niet alleen in staat terug te kijken in de tijd naar het vroege heelal, maar vullen het werk en de observaties van onze astronomen aan. '
Deze afbeelding toont het Space Magazine, 13,6 miljard jaar na de oerknal. Sterrenstelsels vormen nu niet zo snel sterren als in het verleden.
Het team hoopt dat verder onderzoek en simulaties van effecten van donkere materie op sterrenstelsels astronomen zullen helpen meer te leren over wat deze alomtegenwoordige stof is.
Bron: Raad voor faciliteiten voor wetenschap en technologie
Instituut voor computationele kosmologie, Durham University
Afdeling Natuurkunde, Universiteit van Durham
