In de tijd die nodig is om het menselijk leven te baren, hebben een supercomputer en een team van onderzoekers van de University of California, Santa Cruz, en het Institute for Theoretical Physics in Zürich de eerste simulatie van de fysica in het leven geroepen Melkwegformatie die de Melkweg voortbracht. Ze noemden hun kind Eris ...
"Eerdere pogingen om een massief schijfstelsel zoals de Melkweg te vormen, waren mislukt, omdat de gesimuleerde sterrenstelsels enorme centrale uitstulpingen opleverden in vergelijking met de grootte van de schijf", zegt Javiera Guedes, die onlangs haar Ph.D. in astronomie en astrofysica aan UC Santa Cruz en is de eerste auteur van een artikel dat is geaccepteerd voor publicatie in het Astrophysical Journal.
Net als de Melkweg is Eris een prachtig spiraalvormig sterrenstelsel met een balk - haar figuur en sterinhoud zijn net zo identiek als modellering kan maken. Door ons eigen sterrenstelsel te bestuderen en anderen die ervan houden, past deze simulatie vanuit elke hoek in de mal. 'We hebben de melkweg op veel verschillende manieren ontleed om te bevestigen dat deze bij waarnemingen past', zei Guedes.
En 'zeven zussen' waren ook bij het project betrokken. De ultramoderne Pleiades-supercomputer van NASA nam de taak op zich van 1,4 miljoen processoruren. Maar de berekeningen hielden daar niet op. Ook simulaties van supercomputers bij UCSC en het Swiss National Supercomputing Center waren betrokken. "We hebben het risico genomen om een enorme hoeveelheid tijd aan een supercomputer door te brengen om een enkel sterrenstelsel met een extra hoge resolutie te simuleren," zei Madau.
Al meer dan twee decennia liggen pogingen om de evolutie van een Melkweg-type melkwegstelsel te creëren, net buiten het bereik van onderzoekers. Ze konden gewoon niet de juiste vorm, grootte en populatie produceren om te passen bij bekende eigenschappen. Dankzij deze nieuwe doorbraak is de steun voor de theorie van de “koude donkere materie” overheerst en de Big Bang-theorie ondersteund. Wat gaf Eris een voorsprong? Probeer onze nu beter begrijpen stervorming.
"Stervorming in echte sterrenstelsels vindt geclusterd plaats en het is moeilijk om dat vanuit een kosmologische simulatie te reproduceren", zei Madau. “Dit is de eerste simulatie die gaswolken met een hoge dichtheid kan oplossen waar stervorming plaatsvindt, en het resultaat is een Melkweg-type melkwegstelsel met een kleine bobbel en een grote schijf. Het laat zien dat het koude donkere materiescenario, waarbij donkere materie de steiger vormt voor de vorming van sterrenstelsels, in staat is om realistische door schijven gedomineerde sterrenstelsels te genereren.
Eris baren was geen gemakkelijke taak. Door middel van simulaties met een lage resolutie begonnen onderzoekers klonten donkere materie te assembleren - en vormden die tot galactische halo's. Van daaruit selecteerden ze informatie over een halo met een vergelijkbare massa- en fusiegeschiedenis als die van onszelf en 'spoelden de band terug' tot in de kinderschoenen. Door zich op een klein gebied te concentreren, konden ze extra deeltjesinformatie toevoegen en de resolutie verhogen.
“De simulatie volgt de interacties van meer dan 60 miljoen deeltjes donkere materie en gas. Veel natuurkunde gaat in op de code - zwaartekracht en hydrodynamica, stervorming en supernova-explosies - en dit is de kosmologische simulatie met de hoogste resolutie die ooit op deze manier is gedaan ', zegt Guedes, die momenteel postdoctoraal onderzoeker is bij het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich (ETH Zürich).
Wat Eris onderscheidt van zijn voorgangers is het vermogen om te "zien" in hoge resolutie / hoge dichtheid. Dit zorgt voor een meer pragmatische benadering van stervorming en plaatsing. Het is een belangrijke overweging, omdat supernova voorkomt in regio's met een hoge dichtheid en omdat er met een hoge resolutie rekening mee kan worden gehouden.
"Supernovae produceren gasstromen uit het binnenste deel van de melkweg waar het anders meer sterren zou vormen en een grote bobbel zou maken", zei Madau. "Geclusterde stervorming en energie-injectie van supernovae maken het verschil in deze simulatie."
Sta op, Eris ... Uw tijd is gekomen!
Oorspronkelijke verhaalbron: University of Santa Cruz News. Voor verder lezen: het vormen van realistische laat-type spiralen in een LCDM-universum: de Eris-simulatie.
