W czasie, w którym rodzi się życie ludzkie, superkomputer i zespół badaczy z University of California w Santa Cruz oraz Instytutu Fizyki Teoretycznej w Zurychu dali początek pierwszej symulacji fizyki związanej z formacja galaktyk, która wytworzyła Drogę Mleczną. Nazwali swoje dziecko Eris…
„Poprzednie próby utworzenia ogromnej galaktyki dyskowej, takiej jak Droga Mleczna, zakończyły się niepowodzeniem, ponieważ symulowane galaktyki zakończyły się ogromnymi wypukłościami centralnymi w porównaniu do wielkości dysku”, powiedziała Javiera Guedes, która niedawno uzyskała tytuł doktora nauk medycznych. z astronomii i astrofizyki na UC Santa Cruz i jest pierwszym autorem artykułu, który został zaakceptowany do publikacji w czasopiśmie Astrophysical Journal.
Podobnie jak Droga Mleczna, Eris jest śliczną galaktyką spiralną z pustkami - jej postać i zawartość gwiazd są identyczne jak modelowanie. Dzięki badaniu naszej własnej galaktyki i innych podobnych, ta symulacja pasuje do formy pod każdym kątem. „Rozdzieliliśmy galaktykę na wiele różnych sposobów, aby potwierdzić, że pasuje ona do obserwacji” - powiedział Guedes.
W projekt zaangażowano także „siedem sióstr”. Najnowocześniejszy superkomputer Pleiades NASA podjął się 1,4 miliona godzin pracy procesora. Ale obliczenia się nie kończyły. W grę wchodziły również symulacje superkomputerów na UCSC i szwajcarskim krajowym centrum superkomputerów. „Zaryzykowaliśmy poświęcenie ogromnej ilości czasu superkomputera na symulację pojedynczej galaktyki o bardzo wysokiej rozdzielczości”, powiedział Madau.
Przez ponad dwie dekady próby stworzenia ewolucji galaktyki typu Drogi Mlecznej były poza zasięgiem naukowców. Po prostu nie byli w stanie wytworzyć odpowiedniego kształtu, wielkości i populacji, aby pasowały do znanych właściwości. Dzięki temu nowemu przełomowi dominowało poparcie dla teorii „zimnej ciemnej materii”, a teoria Wielkiego Wybuchu została poparta. Co dało Eris przewagę? Spróbuj lepiej zrozumieć tworzenie gwiazd.
„Formowanie gwiazd w prawdziwych galaktykach zachodzi w sposób skupiony, a odtworzenie tego z kosmologicznej symulacji jest trudne”, powiedział Madau. „Jest to pierwsza symulacja, która jest w stanie rozwiązać chmury gazu o wysokiej gęstości, w których zachodzi formowanie się gwiazd, w wyniku czego powstaje galaktyka typu Drogi Mlecznej z małym wybrzuszeniem i dużym dyskiem. Pokazuje, że scenariusz zimnej ciemnej materii, w którym ciemna materia stanowi rusztowanie dla formowania się galaktyk, jest w stanie generować realistyczne galaktyki zdominowane przez dyski. ”
Urodzenie Eris nie było łatwym zadaniem. Dzięki symulacjom w niskiej rozdzielczości naukowcy zaczęli gromadzić grudki ciemnej materii - przekształcając je w galaktyczne halo. Stamtąd wybrali informacje o aureoli o podobnej masie i historii łączenia się z naszą własną i „przewinęli taśmę” do początków. Koncentrując się na małym obszarze, byli w stanie dodać dodatkowe informacje o cząsteczkach i zwiększyć rozdzielczość.
„Symulacja śledzi interakcje ponad 60 milionów cząstek ciemnej materii i gazu. Wiele fizyki dotyczy kodu - grawitacji i hydrodynamiki, powstawania gwiazd i wybuchów supernowych - i jest to kosmologiczna symulacja najwyższej rozdzielczości, jaką kiedykolwiek wykonano w ten sposób - powiedział Guedes, który jest obecnie doktorem habilitowanym w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii w Zurych (ETH Zurich).
Tym, co wyróżnia Eris od jej poprzedników, jest zdolność „widzenia” w wysokiej rozdzielczości / wysokiej gęstości. Pozwala to na bardziej pragmatyczne podejście do formowania i umieszczania gwiazd. To ważna uwaga, ponieważ supernowe występują w regionach o wysokiej gęstości, a wysoka rozdzielczość pozwala na ich uwzględnienie.
„Supernowe wytwarzają wypływy gazu z wewnętrznej części galaktyki, gdzie w przeciwnym razie tworzyłyby więcej gwiazd i tworzyłyby duże wybrzuszenia” - powiedział Madau. „Tworzenie gromad gwiazdowych i wstrzykiwanie energii przez supernowe mają znaczenie w tej symulacji”.
Powstań, Eris… Twój czas nadszedł!
Oryginalna historia Źródło: University of Santa Cruz News. Do dalszej lektury: Tworzenie realistycznych spiral późnego typu we wszechświecie LCDM: Symulacja Eris.
