Vår egen galax, Vintergatan, hör till en mycket stor lokal supergrupp bestående av galaxer. Den breder ut sig över ett område på närmare en miljard ljusår. Denna väldiga struktur påminner om en pannkaka till formen och det finns två galaxer på dess mittplan, vilket kallas det supergalaktiska planet.
De flesta galaxerna i universum är antingen elliptiska (nästan runda) galaxer, som mest består av gamla stjärnor och typiskt i sin mitt har ett supermassivt svart hål, eller diskusformade spiralgalaxer som aktivt föder nya stjärnor, så som vår egen Vintergata. De två huvudtyperna av galaxer, ellipsgalaxerna och de diskusformade spiralgalaxerna, finns också i supergruppen för vår hemgalax, men det finns mest bara klara ellipsgalaxer på den supergalaktiska nivån, medan de klara diskusgalaxerna där lyser med sin frånvaro.
Kosmisk avvikelse utmanar kosmologisk standardmodell
Redan sedan 1960-talet har vi vetat att de olika typerna av galaxer och de grupper de utformar inte samlas jämnt på det supergalaktiska planet. Denna säregna fördelning av galaxer infördes nyligen på den lista på ”kosmiska avvikelser” som har sammanställts av Jim Peebles, högaktad kosmolog och vinnare av Nobelpriset år 2019.
Nu har en internationell forskargrupp ledd av forskarna Till Sawala och Peter Johansson från Helsingfors universitet möjligen hittat en förklaring på denna avvikelse. I sin forskning, som publicerats i journalen Nature Astronomy, påvisar forskargruppen att de olika fördelningarna av spiral- och ellipsgalaxer beror på de omständigheter som råder både inom galaxgrupperna och utanför dem.
”Inom täta galaxgrupper som ligger på det supergalaktiska planet är växelverkan och sammanstötningar mellan galaxerna vanliga, och växelverkan främjar uppkomsten av ellipsgalaxer och får också de supermassiva svarta hålen att växa. Däremot kan diskusgalaxerna, som ligger långt ifrån det supergalaktiska planet, utvecklas i relativ isolation, och kan därmed bevara sin spiralstruktur, som lätt kan förstöras av sammanstötningar mellan galaxer”, säger Till Sawala.
Massiv modellering av miljarder år
Fördelningen av galaxer studerades via en simulation som modellerade universums utveckling under 13,8 miljarder år, från det tidigaste världsalltet till nutiden. Simulationen SIBELIUS (Simulation Beyond the Local Universe) kördes på superdatorer i England och Finland, och i Finland användes särskilt Mahti-superdatorn vid CSC för simulationen.
SIBELIUS-simulationen strävar till att modellera observerade strukturer i det lokala världsalltet i aldrig förr skådad detalj, där de flesta andra simulationer modellerar helt slumpmässiga områden, vilket gör det svårt att direkt jämföra resultaten med gjorda observationer. Simulationen visade hur de massiva ellipsgalaxerna samlades till mitten av superstrukturen, medan spiralgalaxerna fördelade sig längre ifrån det planet. Slutresultatet sammanföll markant med de verkliga observationerna.
”Av en slump hade jag blivit inbjuden till ett symposium som organiserades till Jim Peebles ära förra december, och han framförde detta problem där. Medan jag lyssnade på föredraget insåg jag att vi redan hade utfört simulationen som möjligen kunde lösa problemet”, säger Till Sawala. ”Vår forskning påvisar att de kända mekanismerna för galaxernas utveckling också gäller i den här unika kosmiska omgivningen”, konstaterar Till Sawala.
Bredvid ingången till Physicum-byggnaden på campus Gumtäkt finns ett enormt konstverk som avbildar fördelningen av galaxer i det lokala världsalltet. Då konstverket invigdes för över 20 år sedan talade den brittiska kosmologen och en av författarna till den nyligen publicerad forskningsartikeln, professor Carlos Frenk vid avtäckningen.
”Den varierande spridningen av galaxer i den lokala supergruppen är verkligen en betydande observation” konstaterar Frenk om de nya resultaten. ”Men sist och slutligen var det inte fråga om en kosmisk avvikelse. Däremot påvisar våra resultat att standardmodellen inom kosmologi tillsammans med mörk materia kan producera även de mest extraordinära strukturerna i det observerade världsalltet.”
Publikationen
Till Sawala, Carlos Frenk, Jens Jasche, Peter H. Johansson, Guilhem Lavaux, Distinct distributions of elliptical and disk galaxies across the Local Supercluster as a ΛCDM prediction, Nature Astronomy, 20 Nov 2023.
Mera information
Universitetsforskare Till Sawala (på engelska och tyska)
Helsingfors universitet
044 0418 000
till.sawala@helsinki.fi
Professor Peter Johansson (finska och svenska)
Helsingfors universitet
050 318 3930
peter.johansson@helsinki.fi
Bilder