Forskere bygger univers for at forstå, hvordan sorte huller dræber galakser

Supermassive sorte huller er en iboende komponent i de fleste galakser i vores univers, men astronomer er ikke helt sikre på, hvordan de stammer fra, og hvordan de påvirker galaktisk udvikling. Deres virkninger, imidlertid, er klare. Observationer tyder på, at disse supermassive adfærd har magten til at stimulere stjernedannelse i deres værtsgalakser - eller stoppe den kold.

For at forstå, hvordan supermassive sorte huller udvikler sig, og hvordan de påvirker dannelsen af ​​galakser, astrofysikere vender sig i stigende grad til komplekse kosmologiske modeller simuleret af nogle af verdens mest magtfulde supercomputere. Resultaterne af en sådan model er blevet offentliggjort i en trio af papirer, og det kunne være nøglen til at forstå nogle af de største mysterier, der hænger over moderne astrofysik.

The Dark (Matter) Web

Ligner et stort tredimensionelt web, kosmos er formet af mørkt stof. Denne usynlige "ting" udgør 84,5 procent af al massen i universet, og alligevel interagerer den ikke med elektromagnetisk stråling (dvs. lys). Tænkes at være sammensat af ikke -baryoniske partikler, disse ting gør har en tyngdekraftseffekt, som vi indirekte kan observere, imidlertid. Vi ved, at det er derude, vi kan bare ikke se det.

Fordi der er så meget mørkt stof, den dominerer gravitationsinteraktioner, klumper sig sammen, korrelerende øer af "normalt" stof. Disse øer danner massive klynger af galakser, der er forbundet med filamenter af mørkt stof, der selv er forsynet med galakser, som skinnende perler langs en usynlig snor.

Da mørkt stof bogstaveligt talt former kosmos, det skal tage centrum i enhver storstilet simulering af universet.

Oprettelse af et virtuelt univers

I den mest ambitiøse kosmiske simulering af sin art, et internationalt team af forskere har skabt deres eget univers inde i en computer for bedre at forstå kosmos 'store struktur. Det kaldes "Illustris – The Next Generation" (IllustrisTNG) -projektet. Simuleringen bygger på fysikkens grundlove og viser, hvordan det kosmiske væv af mørkt stof har udviklet sig og formet vores univers siden Big Bang.

Forskere byggede IllustrisTNG ved hjælp af en kraftfuld kode kaldet AREPO, som de kørte på Tysklands hurtigste mainframe -computer, Hazel Hen -maskinen. Projektet er den hidtil største hydrodynamiske simulering og kan modellere fremkomsten af ​​kosmiske strukturer, ifølge en erklæring. En af de to simuleringskørsler, som brugt over 24, 000 processorer , tog to måneder at fuldføre og modellerede dannelsen af ​​millioner af galakser i et simuleret volumen, der måler en milliard lysår bredt.

Kort sagt, forskerne smed universets ingredienser ind i en virtuel kasse og lod de kendte fysiske love bage en kosmisk kage. Og resultaterne er forbløffende. Se selv i videoen:

"De nye simuleringer producerede mere end 500 terabyte simuleringsdata. Analyse af dette enorme bjerg af data vil holde os travlt i de kommende år, og det lover mange spændende nye indsigter i forskellige astrofysiske processer, "sagde hovedforsker Volker Springel, fra Heidelberg Universitet, Tyskland.

Hvordan dræber sorte huller

I en af ​​de tre beslægtede undersøgelser offentliggjort i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, virkningen af ​​sorte huller på galaktisk udvikling blev påvist.

Stjernedannende galakser, også kendt som "stjerneskud" galakser, domineres af det lyse, blå lys af unge stjerner, der bryder ud til livet. Som tiden går, imidlertid, stjernedannelse er dramatisk slukket, efterlader kun gamle røde stjerner at dominere de døende galakser (kendt som "røde og døde" galakser). Astronomer har forsøgt bedre at forstå, hvad der får stjernedannelse til at slukke og nu, ved hjælp af IllustrisTNG, forskerne er håbefulde om, at dette simulerede univers kan afsløre det sorte hul -mekanisme, der kan kontrollere hele galaksernes frugtbarhed.

"Den eneste fysiske enhed, der er i stand til at slukke stjernedannelsen i vores store elliptiske galakser, er de supermassive sorte huller i deres centre, "sagde Dylan Nelson, fra Max Planck Institute for Astrophysics in Garching, Tyskland. "De ultrahurtige udstrømninger af disse tyngdekraftsfælder når hastigheder op til 10 procent af lysets hastighed og påvirker gigantiske stjernesystemer, der er milliarder af gange større end selve det lille lille sorte hul."

Teoretiske simuleringer af universet kan hjælpe med at forklare virkelige observationer af kosmos. Med IllustrisTNG, astrofysikere har fået et kraftfuldt nyt værktøj til bedre at forstå mystiske fænomener og, måske, afdække nye gåder om vores stadigt voksende univers.

Hvor lang tid tager det et par tusinde netværkscomputere at simulere Mælkevejen? Omkring 700, 000 timer, Giv eller tag.