Ein Supercomputer und ein Forscherteam der University of California in Santa Cruz und des Instituts für Theoretische Physik in Zürich haben in der Zeit, die für die Geburt des menschlichen Lebens erforderlich ist, die erste Simulation der beteiligten Physik hervorgebracht Galaxienbildung, die die Milchstraße produzierte. Sie nannten ihr Kind Eris…
"Frühere Versuche, eine massive Scheibengalaxie wie die Milchstraße zu bilden, waren gescheitert, weil die simulierten Galaxien im Vergleich zur Größe der Scheibe große zentrale Ausbuchtungen aufwiesen", sagte Javiera Guedes, die kürzlich ihren Doktortitel erworben hatte. in Astronomie und Astrophysik an der UC Santa Cruz und ist Erstautor eines Papiers, das zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen wurde.
Wie die Milchstraße ist Eris eine schöne Barred-Spiral-Galaxie - ihr Figuren- und Sterngehalt ist so identisch wie die Modellierung. Durch die Untersuchung unserer eigenen Galaxie und anderer ähnlicher Galaxien passt diese Simulation aus jedem Blickwinkel in die Form. "Wir haben die Galaxie auf viele verschiedene Arten präpariert, um zu bestätigen, dass sie zu Beobachtungen passt", sagte Guedes.
Auch „sieben Schwestern“ waren an dem Projekt beteiligt. Der hochmoderne Plejaden-Supercomputer der NASA übernahm die Aufgabe von 1,4 Millionen Prozessorstunden. Aber die Berechnungen hörten hier nicht auf. Auch Simulationen von Supercomputern bei UCSC und dem Schweizerischen Nationalen Supercomputing-Zentrum waren beteiligt. "Wir sind ein gewisses Risiko eingegangen, viel Zeit mit Supercomputern zu verbringen, um eine einzelne Galaxie mit besonders hoher Auflösung zu simulieren", sagte Madau.
Seit über zwei Jahrzehnten sind Versuche, die Entwicklung einer Galaxie vom Typ Milchstraße zu erschaffen, für Forscher unerreichbar. Sie waren einfach nicht in der Lage, die richtige Form, Größe und Population für bekannte Eigenschaften zu produzieren. Dank dieses neuen Durchbruchs hat sich die Unterstützung für die Theorie der „kalten dunklen Materie“ durchgesetzt und die Urknalltheorie unterstützt. Was gab Eris den Vorteil? Versuchen Sie unser jetzt besseres Verständnis der Sternentstehung.
"Die Sternentstehung in realen Galaxien erfolgt in Gruppen, und es ist schwierig, dies aus einer kosmologischen Simulation heraus zu reproduzieren", sagte Madau. „Dies ist die erste Simulation, die in der Lage ist, die Gaswolken mit hoher Dichte, in denen Sternentstehung auftritt, aufzulösen. Das Ergebnis ist eine Galaxie vom Typ Milchstraße mit einer kleinen Ausbuchtung und einer großen Scheibe. Es zeigt, dass das Szenario der kalten dunklen Materie, in dem dunkle Materie das Gerüst für die Galaxienbildung bildet, realistische, von Scheiben dominierte Galaxien erzeugen kann. “
Eris zur Welt zu bringen war keine leichte Aufgabe. Durch Simulationen mit niedriger Auflösung begannen die Forscher, Klumpen dunkler Materie zusammenzusetzen und sie zu galaktischen Lichthöfen zu formen. Von dort aus wählten sie Informationen über einen Heiligenschein mit einer ähnlichen Massen- und Fusionsgeschichte wie wir aus und „spulten das Band bis in die Kindheit zurück“. Durch die Fokussierung auf einen kleinen Bereich konnten sie zusätzliche Partikelinformationen hinzufügen und die Auflösung erhöhen.
„Die Simulation folgt den Wechselwirkungen von mehr als 60 Millionen Partikeln aus dunkler Materie und Gas. Viel Physik steckt im Code - Schwerkraft und Hydrodynamik, Sternentstehung und Supernova-Explosionen - und dies ist die kosmologische Simulation mit der höchsten Auflösung, die jemals auf diese Weise durchgeführt wurde “, sagte Guedes, derzeit Postdoktorand an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich (ETH Zürich).
Was Eris von seinen Vorgängern unterscheidet, ist die Fähigkeit, in hoher Auflösung / hoher Dichte zu „sehen“. Dies ermöglicht einen pragmatischeren Ansatz bei der Sternentstehung und -platzierung. Dies ist eine wichtige Überlegung, da Supernova in Regionen mit hoher Dichte auftritt und durch ihre hohe Auflösung berücksichtigt werden kann.
"Supernovae produzieren Gasabflüsse aus dem inneren Teil der Galaxie, wo sie sonst mehr Sterne bilden und eine große Ausbuchtung verursachen würden", sagte Madau. "Clustered Star Formation und Energieinjektion aus Supernovae machen den Unterschied in dieser Simulation."
Steh auf, Eris ... Deine Zeit ist gekommen!
Originalgeschichte Quelle: University of Santa Cruz News. Zur weiteren Lektüre: Bildung realistischer Spiralen vom späten Typ in einem LCDM-Universum: Die Eris-Simulation.
