Bild https://ras.ac.uk A) En mörk materia-karta i vårt närområde i
universum. De två stora densiteterna är mörka materia-halos i Vintergatan och
Andromedagalaxen. (B) Inzoomat på mörk materiekarta som visar ett litet område av mörk materia 700 miljoner år efter Big Bang. (C-1 och C-2) stjärnor och gas
i den simulerade ultrasvaga dvärggalaxen, bildade i centrum av den lilla mörka
materie-halon i bild B. De två bilderna visar två olika strålningsnivåer
strax efter Big Bang. Den avslöjar hur den ultrasvaga dvärggalaxen ändrar sina
egenskaper beroende på vilken strålning den handlar om. Skalan på varje bild är i
ljusårsenheter. Credit J Sureda/A Fattahi/S Brown/S Avraham Licenstyp
Attribution (CC BY 4.0)
Dvärggalaxer beskrivs ofta som små satelliter till
Vintergatan. De bildades i små mörk materia-halos som förutsägs av den
standardiserade kosmologimodellen. De svagaste exemplen på sådana system är
extrema både i storlek och skörhet, och ligger på gränsen för vår kunskap om
galaxbildning och mörk materia.
"I detta arbete presenterade vi en helt ny uppsättning kosmologiska simuleringar med fokus på de svagaste galaxerna i universum, med en aldrig tidigare skådad upplösning. Detta är utan tvekan det största urvalet av sådana galaxer som någonsin simulerats i dessa upplösningar," beskriver docent Dr Azadeh Fattahi vid Oskar Klein Centre (OKC) i Stockholm vilket var den som ledde den nya studien i LYRA-samarbetet med Durham University och University of Hawaii.
"De minsta galaxerna kallas ultrasvaga dvärggalaxer och är en miljon gånger mindre massiva än Vintergatan eller mindre. På grund av deras lilla storlek har dessa galaxer visat sig vara mycket svåra att modellera och simulera. Den nu nya datorsimuleringssviten representerar ett stort steg framåt och möjliggör en systematisk bild av hur dessa galaxer bildas och utvecklas över tid. En användbar liknelse är följande, för växter och grödor och hur deras odling är känslig för väderförhållandena," beskriver Shaun Brown, som ledde studien medan han arbetade vid OKC och Durham University. (I betydelse av miljö och händelser över tid)
"På samma sätt som skörden från en sommargröda
indirekt kan berätta mycket om hur vädret på våren måste ha varit, kan
egenskaperna hos svaga dvärggalaxer idag berätta mycket om universums
förhållanden eller rymdväder vid en mycket tidigare tidpunkt."
Det som gör resultaten särskilt aktuella är att
simuleringarna gör mer än att bara visa på och återge svaga dvärggalaxer utveckling. De antyder även att dessa
lokala objekt kan fungera som en sond av universums tidigaste 'klimat' (miljö). Teamet
undersökte hur olika antaganden om den tidiga strålningsmiljön påverkar vilka
små mörka materia-halon som stjärnor har och kan bildas i.
"I artikeln studerade vi två olika antaganden
om egenskaperna hos det tidiga universum när det var mindre än 500 miljoner år
gammalt. Syftet var att förstå effekten på egenskaperna hos dessa små galaxer idag när
universum är 13 miljarder år gammalt," beskriver Brown.
Brown tillägger "Vi har funnit att dessa små ultrasvaga galaxer är mycket känsliga för dessa förändringar över tid medan mer massiva galaxer, som vår Vintergata inte är så känsliga över tid . För de minsta galaxerna kan tidiga förhållanden avgöra om de blir synliga galaxer eller förblir stjärnlösa mörka materia-halos." (Jag har fritt översatt en del för att förenkla förståelsen av texten och ta bort icke nödvändiga omskrivningar)
"Spännande nog kommer vi inom en snar framtid att ha data från Vera C. Rubin-observatoriet vilket kommer att kunna hitta många fler av dessa ultrasvaga dvärgar omkring Vintergatan," beskriver Dr Fattahi.
Många astronomer hoppas att Rubin kan leverera en
nästan komplett antalav Vintergatans satellitgalaxer.
"Vårt arbete tyder på att dessa kommande
observationer av det mycket lokala universum kommer att kunna begränsa hur
universum såg ut i sin linda, något vi för närvarande inte kan komma åt direkt
med andra observationer," beskriver Dr Fattahi.
"Att köra dessa datasimuleringar är utmanande och extremt dyrt både tidsmässigt och beräkningsmässigt. Totalt tog det mer än sex månader att köra alla simuleringar," beskriver Dr Fattahi.
Simuleringen producerar mycket stora
mängder data (totalt 300 terabyte).
Största delen av arbetet utfördes på COSMA8-superdatorn som är designad för simuleringsdriven forskning. Durham
Universitys Institute for Computational Cosmology är värd för COSMA 8 på
uppdrag av Storbritanniens DiRAC High Performance Computing Facility.
Framåt planerar Dr Fattahis team att använda den nya sviten för att ta itu med frågor som fortfarande är olösta i modern galax- och strukturbildning. Ex var vi kan hitta den allra första generationen stjärnor som bildades i universum? Vad säger egenskaperna hos ultrasvaga dvärggalaxer oss om mörk materians natur?
Studien ‘LYRA ultra-faints: The emergence of faint dwarf galaxies in the presence of an early Lyman-Werner background’ by Brown et al. har publicerats och kan läsas här Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
