I universum finns hundratals miljarder galaxer. En del liknar Vintergatan, formade som en skiva med spiralarmar. Andra är mer som bollar av stjärnor, eller har stavar i mitten. Vissa saknar tydlig struktur.

– Det är som en fantastisk flora och fauna av galaxer, och det har man känt till i långt över hundra år. Redan i början av 1900-talet försökte astronomen Edwin Hubble klassificera dem och förstå hur de förhöll sig till varandra. Vilka bildades först, och hur bildades de över huvud taget?

Oscar Agertz, astrofysiker vid Lunds universitet, undrar över samma saker som Edwin Hubble men har klart bättre möjligheter att hitta svaren. Han och hans forskargrupp ska nu börja studera galaxbildning med ett nytt simuleringsverktyg kallat genetIC.

– I simuleringen lägger vi in all den fysik vi känner till; gravitationen, relativitetsteorin, hydrodynamiken, alltså hur gaser rör sig. Och så hur stjärnor kan explodera i supernovor, och hur de bildar tyngre grundämnen. Det måste också med, säger Oscar Agertz.

Detaljerade modeller knyter samman skilda fält

För omkring tjugo år sedan hade datorer blivit så kraftfulla att man kunde räkna ut hur galaxerna fördelar sig i universum. Däremot var den tidens simuleringar för enkla för att förklara skillnader mellan galaxerna; varför de var olika stora, hade olika form, och innehöll stjärnor av olika storlek och tyngd. Det är vad Oscar Agertz arbetar med i dag, när det finns betydligt mer datorkraft och dessutom enorma mängder nya data från moderna teleskop. Det gör modellerna betydligt mer detaljerade och exakta, och förändrar till och med möjligheterna till samarbeten mellan forskare med olika intressen.

– Bättre modeller gör att vi kan lägga samman fält som inte arbetade ihop innan. Nu kan vi koppla ihop skalorna så att de som håller på med kosmologi faktiskt behöver fundera över galaxerna, och vi som sysslar med galaxer måste ta hänsyn till enstaka stjärnor. De som sysslar med stjärnbildning, de måste börja tänka på planeter...

Det blir helt enkelt möjligt att studera hur små processer påverkar stora och vice versa. Oscar Agertz liknar galaxbildningen vid ett biologiskt system. I grunden finns det något som styr förloppet; arvsmassan styr biologin, fysikens lagar styr universum. Men enskilda händelser kan också påverka utvecklingen.

Att tekniken har förbättrats så mycket gör faktiskt att vi får helt nya idéer – den öppnar för att tänka på nya sätt.

– Även om fysikens lagar gäller så spelar galaxens livslinje stor roll för att forma den. Vi vill kunna gå in i våra simuleringar och se vad som händer om vi ändrar något i livslinjen, till exempel tar bort en krock mellan två galaxer. Det blir ett slags kosmologiskt experiment där vi testar att ta bort viss fysik för att se om den var viktig.

Traditionellt har galaxforskare simulerat många olika galaxer för att dra slutsatser om hur de har bildats. Det här är ett nytt angreppssätt, där man ändrar i enskilda galaxers historia.

– Det är som när man själv ser tillbaka på sitt liv: ”Tänk om jag hade lämnat festen en kvart tidigare, då hade jag gått innan den där personen kom. Allt hade blivit helt annorlunda.”

Från galaxkrig till samarbete

De nya modellerna tas fram i samarbete med kollegor vid universiteten i Durham och Bath, där systemet genetIC har utvecklats. Det har kompletterats med de modeller för galaxbildning som Oscar Agertz har utvecklat i sin forskning.

– Vi är en bra matchning. Nu får vi ett mycket mer kontrollerat sätt att göra superdatorsimuleringar och kan verkligen skräddarsy bildandet av galaxer.

Oscar Agertz har fascinerats av universum ända sedan han lekte med rymdlego i lågstadiet. Han läste fysik i Göteborg och disputerade sedan i Zürich där han fördjupade sig i datorsimuleringar. Därifrån fortsatte han till forskartjänster i Chicago och Surrey. För tio år sedan kom han tillbaka till Sverige för sitt första anslag som Wallenberg Academy Fellow.

– Jag känner att det här är ett mer vänligt fält än vad det var för femton, tjugo år sedan, med fler samarbeten. Vid den tiden hade flera grupper som mål att skapa den första datorsimuleringen av en galax som Vintergatan och det var som ett race, vi pratade skämtsamt om ett ”galaxbildningskrig”. Det finns andra delar av astronomin som är i det stadiet nu, där det tävlas intensivt mellan några få grupper. Så är det inte riktigt längre för oss. Jag känner att fältet har mognat.

På längre sikt är hans mål att avgöra om det faktiskt går att förklara alla variationerna i galaxbildningen med hjälp av de data som finns tillgängliga idag. Men han gillar när det inte går som planerat.

– Vi vet ju inte säkert vilken fysik som är viktig, för det finns ny fysik som inte ens är upptäckt än. Till exempel så tycks det finnas stora mängder mörk material i universum som vi ännu inte vet vad det är, men som visat sig nödvändig för att galaxer ska bildas och hållas samman. Min förhoppning är att vi gör våra modeller och sedan fungerar ingenting. Vi kan inte förklara observationen. Då blir det intressant!

Text Lisa Kirsebom
Foto Åsa Wallin