Astronomer model, bestemme, hvordan diskgalakser udvikler sig så jævnt

Computersimuleringer viser astrofysikere, hvordan massive gasklumper i galakser spreder nogle stjerner fra deres baner, til sidst at skabe det glatte, eksponentiel falme i lysstyrken på mange galakseskiver.

Forskere fra Iowa State University, University of Wisconsin-Madison og IBM Research har avancerede studier, de startede for næsten 10 år siden. De fokuserede oprindeligt på, hvordan massive klumper i unge galakser påvirker stjernebaner og skaber galakseskiver med lyse centre, der falmer til mørke kanter.

(Som Curtis Struck, en Iowa State professor i fysik og astronomi, skrev i et forskningsresumé fra 2013:"I galakseskiver, arrene fra en barsk barndom, og unge pletter, alt glattes med tiden."

Nu, gruppen har været medforfatter til et nyt papir, der siger, at deres ideer om dannelsen af ​​eksponentielle diske gælder mere end unge galakser. Det er også en proces, der er robust og universel i alle slags galakser. De eksponentielle diske, trods alt, er almindelige i spiralgalakser, dværg elliptiske galakser og nogle uregelmæssige galakser.

Hvordan kan astrofysikere forklare det?

Ved at bruge realistiske modeller til at spore stjernespredning i galakser, "Vi føler, at vi har en meget dybere forståelse af de fysiske processer, der løser dette næsten 50 år gamle nøgleproblem, " sagde Struck.

Gravitationsimpulser fra massive klumper ændrer stjerners kredsløb, fandt forskerne. Som resultat, den overordnede stjernefordeling af disken ændres, og den eksponentielle lysstyrkeprofil er en afspejling af den nye stjernefordeling.

Astrofysikernes resultater er rapporteret i et papir, der netop er offentliggjort online af Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society . Medforfattere er Struck; Jian Wu, en Iowa State ph.d.-studerende i fysik og astronomi; Elena D'Onghia, en lektor i astronomi i Wisconsin; og Bruce Elmegreen, en forsker ved IBM's Thomas J. Watson Research Center i Yorktown Heights, New York.

Stjerner er spredt, diske udjævnes

Den seneste computermodellering – ledet af Wu – er en topsten, der topper år med modelforbedringer, sagde Struck. Tidligere modeller behandlede tyngdekraften af ​​galaksekomponenter mere tilnærmelsesvis, og forskere undersøgte færre tilfælde.

De seneste modeller viser, hvordan stjernehobe og klumper af interstellare gasser i galakser kan ændre kredsløb for nærliggende stjerner. Nogle stjernespredningshændelser ændrer stjernebaner markant, endda fange nogle stjerner i løkker omkring massive klumper, før de kan flygte til den generelle strøm af en galakseskive. Mange andre spredningsbegivenheder er mindre kraftfulde, med færre stjerner spredt og kredsløb forbliver mere cirkulære.

"Spredningens natur er langt mere kompleks, end vi tidligere har forstået, " sagde Struck. "På trods af al denne kompleksitet i små skalaer, det gennemsnit stadig ud til den jævne lysfordeling på store skalaer."

Modellerne siger også noget om den tid det tager for disse eksponentielle galakseskiver at dannes, ifølge forskernes papir. Typerne af klumper og indledende tætheder af skiverne påvirker udviklingens hastighed, men ikke den endelige glathed i lysstyrken.

Hastighed i dette tilfælde er et relativt begreb, fordi tidsskalaerne for disse processer er milliarder af år.

I alle de år, og endda med modelgalakser, hvor stjerner oprindeligt er fordelt på en række forskellige måder, Wu sagde, at modellerne viser allestedsnærværelsen af ​​stjernespredning-til-eksponentiel-fald-off-processen.

"Stjernespredning er meget generel og universel, " sagde han. "Det virker for at forklare dannelsen af ​​eksponentielle diske i så mange tilfælde."