Astronomer kan använda superdatorer för att simulera bildandet av galaxer från Big Bang för 13,8 miljarder år sedan till idag. Men det finns ett antal felkällor. En internationell forskargrupp, ledd av forskare i Lund, har under åtta år ägnat hundra miljoner datortimmar åt att försöka rätta till dessa.
Det senaste decenniet har sett stora framsteg inom datorsimuleringar som realistiskt kan beräkna hur galaxer bildas. Dessa kosmologiska simuleringar är avgörande för vår förståelse av var galaxer, stjärnor och planeter kommer ifrån. Förutsägelserna från sådana modeller påverkas dock av begränsningar i simuleringarnas upplösning, såväl som antaganden om ett antal faktorer, såsom hur stjärnor lever och dör och utvecklingen av det interstellära mediet.
För att minimera felkällorna och producera mer exakta simuleringar har 160 forskare från 60 högre utbildningsinstitutioner – ledda av Santi Roca-Fàbrega vid Lunds universitet, Ji-hoon Kim vid Seoul National University och Joel R. Primack vid University of California – samarbetat och presenterar nu resultaten av den största jämförelsen av simuleringar som gjorts någonsin.
"För att göra framsteg mot en teori om galaxbildning är det avgörande att jämföra resultat och koder från olika simuleringar. Det har vi nu gjort genom att sammanföra konkurrerande kodgrupper bakom världens bästa galaxsimulatorer i en sorts superjämförelse", säger Santi Roca. -Fàbrega, forskare i astrofysik.
Tre artiklar från detta samarbete, kända som CosmoRun-simuleringarna, har godkänts för publicering i The Astrophysical Journal; alla är tillgängliga på arXiv förtrycksserver. I dessa har forskarna analyserat bildandet av en galax med samma massa som Vintergatan. Simuleringen är baserad på samma astrofysiska antaganden om den ultravioletta bakgrundsstrålningen som produceras av de första stjärnorna i universum, gasens kylning och uppvärmning och processen för stjärnbildning.
De nya resultaten gör det möjligt för forskarna att dra slutsatsen att skivgalaxer som Vintergatan bildades mycket tidigt i universums historia, i linje med observationer från James Webb-teleskopet. De har också hittat ett sätt att få antalet satellitgalaxer – galaxer som kretsar kring större galaxer – att överensstämma med observationer som äntligen löser ett problem som är välkänt i samhället och känt som "problemet med saknade satelliter."
Dessutom har teamet avslöjat hur gasen som omger galaxer är nyckeln till realistiska simuleringar, snarare än antalet och fördelningen av stjärnor, som tidigare varit standarden.
"Arbetet har pågått under de senaste åtta åren och har inneburit att köra hundratals simuleringar och använda hundra miljoner timmars superdatoranläggningar", säger Santi Roca-Fàbrega.
Nu fortsätter resan för att ytterligare förfina simuleringarna av galaxbildning. Med varje teknisk prestation hoppas Santi Roca-Fàbrega och hans kollegor kunna lägga till nya bitar till det svindlande pusslet om universums och galaxernas födelse och utveckling.
"Detta är början på mer tillförlitliga simuleringar av galaxbildning, som i sin tur kommer att hjälpa oss att bättre förstå vår hemgalax, Vintergatan", säger Santi Roca-Fàbrega.
Mer information: Santi Roca-Fàbrega et al, The AGORA High-Resolution 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 högupplösta Galaxy Simulations Comparison Project. V:Satellitgalaxpopulationer i en kosmologisk inzoomningssimulering av en Halo med Vintergatans massa, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.05392
Clayton Strawn et al, AGORA högupplösta Galaxy Simulations Comparison Project. VI. Likheter och skillnader i det cirkumgalaktiska mediet, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad12cb. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2402.05246
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift , arXiv
Tillhandahålls av Lunds universitet
