За стільки часу, скільки потрібно, щоб зародити людське життя, суперкомп'ютер і команда дослідників з Каліфорнійського університету в Санта-Крусі та Інституту теоретичної фізики в Цюріху дали початок першому моделюванню фізики, що займається утворення галактик, що утворило Чумацький Шлях. Свою дитину вони назвали Еріс...
«Попередні спроби сформувати масивну дискову галактику, як-от Чумацький Шлях, зазнали невдачі, тому що в результаті моделювання галактики в центрі мали величезні опуклості порівняно з розміром диска», – сказала Хав’єра Гедес, яка нещодавно отримала ступінь доктора філософії. з астрономії та астрофізики в Каліфорнійському університеті в Санта-Крус і є першим автором статті, яка була прийнята до публікації в Astrophysical Journal.
Це порівняння показує моделювання Еріди (зверху) і Чумацький Шлях (унизу). Авторство зображення: С. Каллегарі, Ж. Гедес та співпраця 2MASS.
Як і Чумацький Шлях, Еріс — це чудова спіральна галактика з перемичками — її фігура та зірковий вміст настільки ідентичні, наскільки це може зробити модель. Вивчаючи нашу власну галактику та інші подібні, ця симуляція підходить для форми з усіх боків. «Ми розібрали галактику багатьма різними способами, щоб підтвердити, що вона відповідає спостереженням», — сказав Гедес.І «сім сестер» також були залучені до проекту. Надсучасний суперкомп’ютер NASA Pleiades виконав завдання 1,4 мільйона процесорно-годин. Але на цьому розрахунки не зупинилися. Також були задіяні симуляції на суперкомп'ютерах в UCSC та Швейцарському національному суперкомп'ютерному центрі. «Ми ризикнули, витративши величезну кількість часу на суперкомп’ютер, щоб змоделювати одну галактику з надзвичайно високою роздільною здатністю», – сказав Мадау.
Понад два десятиліття спроби створити еволюцію галактики типу Чумацький Шлях залишалися поза межами дослідників. Вони просто не змогли створити належну форму, розмір і населення, щоб відповідати відомим властивостям. Завдяки цьому новому прориву, підтримка теорії «холодної темної матерії» переважає, а теорія Великого вибуху підтримується. Що дало перевагу Еріс? Спробуйте наше тепер краще розуміння зірокотворення.
«Утворення зірок у реальних галактиках відбувається групово, і відтворити це за допомогою космологічного моделювання важко», – сказав Мадау. «Це перше моделювання, яке здатне розв’язати хмари газу високої щільності, де відбувається утворення зірок, і в результаті виходить галактика типу Чумацький Шлях з невеликим опуклістю та великим диском. Це показує, що сценарій холодної темної матерії, де темна матерія є основою для формування галактик, здатний генерувати реалістичні галактики з домінуванням дисків».
Народити Еріс було непростим завданням. За допомогою моделювання з низькою роздільною здатністю дослідники почали збирати згустки темної матерії, формуючи їх у галактичні гало. Звідти вони відібрали інформацію про ореол зі схожою масою та історією злиття з нашою і «перемотали стрічку» до її зародження. Зосередившись на невеликій площі, вони змогли додати додаткову інформацію про частинки та підвищити роздільну здатність.
«Моделювання слідує за взаємодією більш ніж 60 мільйонів частинок темної матерії та газу. Багато фізики вкладається в код – гравітація та гідродинаміка, утворення зірок і вибухи наднових – і це космологічне моделювання з найвищою роздільною здатністю, яке коли-небудь проводилося таким чином», – сказав Гедес, який зараз є докторантом у Швейцарському федеральному технологічному інституті в м. Цюріх (ETH Zurich).
Що відрізняє Eris від своїх попередників, так це здатність «бачити» у високій роздільній здатності / високій щільності. Це дозволяє більш прагматично підходити до формування та розміщення зірок. Це важливий момент, оскільки наднова виникає в областях з високою щільністю, і висока роздільна здатність дозволяє їх враховувати.
«Наднові виробляють витік газу з внутрішньої частини галактики, де в іншому випадку він утворює більше зірок і утворює велику опуклість», — сказав Мадау. «Скупчене утворення зірок та інжекція енергії від наднових змінюють значення в цьому моделюванні».
Вставай, Еріс... Твій час настав!
Оригінальне джерело історії: Новини університету Санта-Крус . Для подальшого читання: Формування реалістичних спіралей пізнього типу у всесвіті LCDM: моделювання Еріс .