Højopløsningssimuleringer giver ny indsigt i, hvordan galakser dannes

Astronomer kan bruge supercomputere til at simulere dannelsen af ​​galakser fra Big Bang for 13,8 milliarder år siden til i dag. Men der er en række fejlkilder. Et internationalt forskerhold, ledet af forskere i Lund, har brugt hundrede millioner computertimer over otte år på at forsøge at rette op på disse.

Det sidste årti har set store fremskridt inden for computersimuleringer, der realistisk kan beregne, hvordan galakser dannes. Disse kosmologiske simuleringer er afgørende for vores forståelse af, hvor galakser, stjerner og planeter kommer fra. Forudsigelserne fra sådanne modeller er imidlertid påvirket af begrænsninger i opløsningen af ​​simuleringerne, såvel som antagelser om en række faktorer, såsom hvordan stjerner lever og dør og udviklingen af ​​det interstellare medium.

For at minimere fejlkilderne og producere mere nøjagtige simuleringer har 160 forskere fra 60 højere uddannelsesinstitutioner – ledet af Santi Roca-Fàbrega ved Lunds Universitet, Ji-hoon Kim ved Seoul National University og Joel R. Primack ved University of California – samarbejdet og præsenterer nu resultaterne af den største sammenligning af simuleringer nogensinde.

"For at gøre fremskridt hen imod en teori om galaksedannelse er det afgørende at sammenligne resultater og koder fra forskellige simuleringer. Det har vi nu gjort ved at samle konkurrerende kodegrupper bag verdens bedste galaksesimulatorer i en slags supersammenligning," siger Santi Roca. -Fàbrega, en forsker i astrofysik.

Tre artikler fra dette samarbejde, kendt som CosmoRun-simuleringerne, er blevet accepteret til offentliggørelse i The Astrophysical Journal; alle er tilgængelige på arXiv preprint server. I disse har forskerne analyseret dannelsen af ​​en galakse med samme masse som Mælkevejen. Simuleringen er baseret på de samme astrofysiske antagelser om den ultraviolette baggrundsstråling produceret af de første stjerner i universet, gasafkøling og -opvarmning og stjernedannelsesprocessen.

De nye resultater gør det muligt for forskerne at konkludere, at diskgalakser som Mælkevejen er dannet meget tidligt i universets historie, i tråd med observationer fra James Webb-teleskopet. De har også fundet en måde at få antallet af satellitgalakser - galakser, der kredser om større galakser - i overensstemmelse med observationer, der endelig løser et problem, der er velkendt i samfundet og kendt som "problemet med manglende satellitter."

Derudover har holdet afsløret, hvordan gassen omkring galakser er nøglen til realistiske simuleringer, snarere end antallet og fordelingen af ​​stjerner, som tidligere havde været standarden.

"Arbejdet har stået på i de sidste otte år og har betydet at køre hundredvis af simuleringer og bruge hundrede millioner timers supercomputerfaciliteter," siger Santi Roca-Fàbrega.

Nu fortsætter rejsen med at forfine simuleringerne af galaksedannelse yderligere. Med hver teknologiske bedrift håber Santi Roca-Fàbrega og hans kolleger at tilføje nye brikker til det svimlende puslespil om universets og galaksernes fødsel og udvikling.

"Dette er starten på mere pålidelige simuleringer af galaksedannelse, som igen vil hjælpe os til bedre at forstå vores hjemmegalakse, Mælkevejen," siger Santi Roca-Fàbrega.

Flere oplysninger: Santi Roca-Fàbrega et al., AGORA Højopløsnings Galaxy Simulations Comparison Project IV:Halo and Galaxy Mass Assembly in a Cosmological Zoom-in Simulation at z ≤ 2, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.06202

Minyong Jung et al., AGORA Højopløsnings Galaxy Simulations Comparison Project. V:Satellitgalaksepopulationer i en kosmologisk zoom-in-simulering af en Mælkevejs-massehalo, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.05392

Clayton Strawn et al., AGORA Højopløsnings Galaxy Simulations Comparison Project. VI. Ligheder og forskelle i det cirkumgalaktiske medium, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad12cb. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2402.05246

Journaloplysninger: Astrofysisk tidsskrift , arXiv

Leveret af Lunds Universitet