În timpul cât este nevoie pentru a da naștere vieții umane, un supercomputer și o echipă de cercetători de la Universitatea din California, Santa Cruz și Institutul de Fizică Teoretică din Zurich au dat naștere primei simulări a fizicii implicate în formarea galaxiilor care a produs Calea Lactee. Și-au numit copilul Eris...
„Eforturile anterioare de a forma o galaxie disc masivă precum Calea Lactee au eșuat, deoarece galaxiile simulate au ajuns să aibă umflături centrale uriașe în comparație cu dimensiunea discului”, a spus Javiera Guedes, care și-a câștigat recent doctoratul. în astronomie și astrofizică la UC Santa Cruz și este primul autor al unei lucrări care a fost acceptată pentru publicare în Astrophysical Journal.
Această comparație arată simularea Eris (sus) și Calea Lactee (jos). Credit: S. Callegari, J. Guedes și colaborarea 2MASS.
La fel ca Calea Lactee, Eris este o minunată galaxie spirală barată – figura ei și conținutul de stele la fel de identice pe cât le poate face modelarea. Studiind propria noastră galaxie și altele asemenea, această simulare se potrivește modelului din orice unghi. „Am disecat galaxia în multe moduri diferite pentru a confirma că se potrivește cu observațiile”, a spus Guedes.Și „șapte surori” au fost implicate în proiect. Supercomputerul de ultimă generație Pleiades al NASA și-a asumat sarcina de 1,4 milioane de ore-procesor. Dar calculele nu s-au oprit aici. Au fost implicate, de asemenea, simulări pe supercalculatoare de la UCSC și Centrul Național de Supercomputing Elvețian. „Ne-am riscat să petrecem o cantitate imensă de timp pe supercomputer pentru a simula o singură galaxie cu rezoluție foarte mare”, a spus Madau.
Timp de peste două decenii, încercările de a crea evoluția unei galaxii de tip Calea Lactee au fost chiar în afara controlului cercetătorilor. Pur și simplu nu au fost capabili să producă forma, dimensiunea și populația potrivite pentru a se potrivi proprietăților cunoscute. Datorită acestei noi descoperiri, sprijinul pentru teoria „materiei întunecate reci” a predominat, iar teoria Big Bang a fost susținută. Ce i-a dat lui Eris avantaj? Încercați acum să înțelegem mai bine formarea stelelor.
„Formarea stelelor în galaxiile reale are loc într-o manieră grupată și este dificil să reproduc asta dintr-o simulare cosmologică”, a spus Madau. „Aceasta este prima simulare care este capabilă să rezolve norii de gaz de mare densitate în care are loc formarea stelelor, iar rezultatul este o galaxie de tip Calea Lactee cu o umflătură mică și un disc mare. Arată că scenariul materiei întunecate rece, în care materia întunecată oferă schelele pentru formarea galaxiilor, este capabil să genereze galaxii realiste dominate de disc.”
Să o naștem pe Eris nu a fost o sarcină ușoară. Prin simulări cu rezoluție scăzută, cercetătorii au început să adună aglomerări de materie întunecată – modelându-le în halouri galactice. De acolo au selectat informații despre un halou cu istorie similară cu masa și fuziunea noastră și au „rebobinat banda” până la începutul ei. Concentrându-se pe o zonă mică, au putut să adauge informații suplimentare despre particule și să mărească rezoluția.
„Simularea urmărește interacțiunile a peste 60 de milioane de particule de materie întunecată și gaz. O mulțime de fizică este implicată în cod – gravitație și hidrodinamică, formarea stelelor și exploziile de supernove – și aceasta este simularea cosmologică cu cea mai înaltă rezoluție realizată vreodată în acest fel”, a spus Guedes, care este în prezent cercetător postdoctoral la Institutul Federal de Tehnologie Elvețian în Zurich (ETH Zurich).
Ceea ce îl diferențiază pe Eris de predecesorii săi este capacitatea de a „vedea” la rezoluție înaltă/densitate mare. Acest lucru permite o abordare mai pragmatică a formării și plasării stelelor. Este o considerație importantă, deoarece supernovele apar în regiuni cu densitate mare și rezoluția înaltă permite să fie luate în considerare.
„Supernovele produc scurgeri de gaz din partea interioară a galaxiei, unde altfel ar forma mai multe stele și ar face o umflătură mare”, a spus Madau. „Formarea de stele în cluster și injecția de energie din supernove fac diferența în această simulare.”
Ridică-te, Eris... A venit timpul tău!
Sursa povestirii originale: Știrile Universității din Santa Cruz . Pentru citiri suplimentare: Formarea unor spirale realiste de tip târziu într-un univers LCDM: simularea Eris .