V toliko časa, kolikor je potrebno, da se rodi človeško življenje, so superračunalnik in skupina raziskovalcev na kalifornijski univerzi Santa Cruz in Inštituta za teoretično fiziko v Zürichu ustvarili prvo simulacijo fizike, ki je vključena v tvorba galaksij, ki je ustvarila Rimsko pot. Svojemu otroku sta poimenovala Eris ...
'Prejšnja prizadevanja za oblikovanje ogromne diskovne galaksije, kot je Rimska cesta, so propadla, ker so simulirane galaksije končale z ogromnimi osrednjimi izboklinami v primerjavi z velikostjo diska,' je povedala Javiera Guedes, ki je pred kratkim pridobila doktorat. iz astronomije in astrofizike na UC Santa Cruz in je prvi avtor prispevka, ki je bil sprejet za objavo v Astrophysical Journal.
Ta primerjava prikazuje simulacijo Eris (zgoraj) in Rimsko cesto (spodaj). Zasluge: S. Callegari, J. Guedes in sodelovanje 2MASS.
Tako kot Rimska cesta je tudi Eris ljubka spiralna galaksija s prečkami – njena figura in vsebina zvezd sta tako identična, kot jo lahko naredi manekenstvo. S preučevanjem naše lastne galaksije in drugih podobnih se ta simulacija prilega kalupu iz vseh zornih kotov. 'Galaksijo smo secirali na različne načine, da bi potrdili, da se ujema z opazovanji,' je dejal Guedes.V projekt je sodelovalo tudi 'sedem sester'. NASA-in najsodobnejši superračunalnik Pleiades je opravil nalogo 1,4 milijona procesorskih ur. Toda izračuni se tu niso ustavili. Vključene so bile tudi simulacije na superračunalnikih na UCSC in Švicarskem nacionalnem superračunalniškem centru. 'Nekaj smo tvegali in porabili ogromno časa za superračunalnik za simulacijo ene galaksije z izjemno visoko ločljivostjo,' je dejal Madau.
Več kot dve desetletji so bili poskusi ustvarjanja evolucije galaksije tipa Rimska cesta tik izven dosega raziskovalcev. Preprosto niso mogli ustvariti ustrezne oblike, velikosti in populacije, ki bi ustrezala znanim lastnostim. Zahvaljujoč temu novemu preboju je prevladovala podpora teoriji 'hladne temne snovi' in podprta teorija velikega poka. Kaj je dalo Eris prednost? Preizkusite naše zdaj boljše razumevanje nastajanja zvezd.
'Nastajanje zvezd v resničnih galaksijah poteka na gručast način in to je težko reproducirati iz kozmološke simulacije,' je dejal Madau. 'To je prva simulacija, ki je sposobna razrešiti oblake plina z visoko gostoto, kjer nastajajo zvezde, in rezultat je vrsta galaksije Rimska cesta z majhno izboklino in velikim diskom. Kaže, da je scenarij hladne temne snovi, kjer temna snov zagotavlja oder za nastanek galaksij, sposoben ustvariti realistične galaksije, v katerih prevladujejo diski.
Roditi Eris ni bila lahka naloga. S simulacijami z nizko ločljivostjo so raziskovalci začeli sestavljati kepe temne snovi - jih oblikovali v galaktične haloje. Od tam so izbrali informacije o haloju s podobno množico in zgodovino združevanja kot naša in 'previli trak' do njegove povoje. Z osredotočanjem na majhno območje so lahko dodali dodatne informacije o delcih in povečali ločljivost.
»Simulacija sledi interakcijam več kot 60 milijonov delcev temne snovi in plina. Veliko fizike je vključeno v kodo – gravitacija in hidrodinamika, nastajanje zvezd in eksplozije supernov – in to je kozmološka simulacija z najvišjo ločljivostjo, ki je bila kdaj narejena na ta način,« je dejal Guedes, ki je trenutno podoktorski raziskovalec na švicarskem zveznem inštitutu za tehnologijo v Zürich (ETH Zurich).
Kar loči Eris od svojih predhodnikov, je zmožnost »videti« v visoki ločljivosti / visoki gostoti. To omogoča bolj pragmatičen pristop k oblikovanju in postavitvi zvezd. To je pomemben premislek, saj se supernove pojavljajo v območjih z visoko gostoto in visoka ločljivost omogoča, da jih upoštevamo.
'Supernove proizvajajo odtok plina iz notranjega dela galaksije, kjer bi sicer oblikovala več zvezd in naredila veliko izboklino,' je dejal Madau. 'Nastajanje zvezd v grozdih in vbrizgavanje energije iz supernov naredita razliko v tej simulaciji.'
Vstani, Eris… Tvoj čas je prišel!
Izvorni vir zgodbe: Novice Univerze v Santa Cruzu . Za nadaljnje branje: Oblikovanje realističnih spiral poznega tipa v vesolju LCDM: simulacija Eris .
