Как же галактики, такие как наш Млечный Путь существования? Как они растут и меняются с течением времени? Наука за формирование галактики оставалась загадкой на протяжении десятилетий, но в Университете Аризоны-возглавила команду ученых на один шаг ближе к находить ответы благодаря суперкомпьютерного моделирования.
Наблюдая реальных галактик в пространстве можно обеспечить только моментальные снимки, поэтому исследователям, которые хотят изучить, как галактики эволюционируют на протяжении миллиардов лет, чтобы вернуться к компьютерному моделированию. Традиционно, астрономы использовали этот подход, чтобы изобретать и испытывать новые теории формирования галактики, один-на-один. Питер Behroozi, ассистент профессора в обсерватории Стюард UA, и его команда преодолели это препятствие путем создания миллионов разных вселенных на суперкомпьютере, каждая из которых подчинялась различных физических теорий, как галактики должны форма.
Выводы, опубликовали в Monthly Notices Королевского астрономического общества, задачей фундаментальных идей о роли темных в формировании галактики, как галактики эволюционируют с течением времени материя играет и как они рожают звезды.
«На компьютере мы можем создать множество различных вселенных и сравнить их с фактическими, и это позволяет нам сделать вывод, что правила приводят к тому, что мы видим», — сказал Behroozi, ведущий автор исследования.
Исследование является первым, чтобы создать самосогласованную вселенных, что такие точные копии реальной: компьютерные симуляторы, которые представляют значительную часть фактических космос, содержащий 12 миллионов галактик и охватывающих время С 400 миллионов лет после Большого Взрыва до наших дней.
Каждый «экс-махины» Вселенной прошел через серию тестов, чтобы оценить, насколько подобные галактики появилась в сгенерированной Вселенной по сравнению с истинной Вселенной. Вселенные, наиболее похожие на наши собственные, все лежат схожие физические правила, демонстрируя мощный новый подход к изучению формирования галактики.
Результаты «UniverseMachine», как авторы называют свой подход, помогли разрешить давний парадокс, почему галактики перестанут формироваться новые звезды, даже если они сохраняют много водорода, сырье, из которого звезды являются поддельными.
Общепринятые представления о том, как формируются галактики, звезды представляют собой сложное взаимодействие между холодным газом, разрушающиеся под действием силы тяжести в плотные карманы порождая звезды, в то время как другие процессы противодействия звездообразования.
Например, считается, что большинство галактик располагаются сверхмассивные черные дыры в их центрах. Важно попасть в эти черные дыры излучает огромную энергию, действуя как космические паяльные лампы, что предотвращает газ от охлаждения, чтобы не рухнуть в звездных яслях. Аналогично, звезды, заканчивая свою жизнь в результате взрывов сверхновых свой вклад в этот процесс. Темная материя тоже играет большую роль, так как она обеспечивает большую часть гравитационной силы, действующей на видимую материю в Галактики, втягивая холодный газ из галактики, местности и разогревать его в процессе.
«Как мы вернемся раньше и раньше во Вселенной, мы ожидаем, что темная материя должна быть плотной, и поэтому газ становится все жарче и жарче. Это плохо для формирования звезд, так что мы думали, что много галактик в ранней Вселенной должны были остановить формирование звезд давно», — сказал Behroozi. «Но мы обнаружили обратное: галактик заданного размера были более правоподобны для того чтобы сформировать звезды на более высокий уровень, вопреки ожиданиям».
Для того, чтобы соответствовать наблюдениям реальных галактик, Behroozi объяснил, что его команда должна была создавать виртуальные вселенные, в которых наоборот — вселенных, в которых галактик продолжал штамповать звезд гораздо дольше.
Если, с другой стороны, исследователи создали вселенные, основанные на современных теориях образования галактик — вселенных, в которых галактик остановил формирования звезд на ранних этапах … эти галактики появились гораздо краснее, чем галактики, которые мы видим в небе.
Галактики появляются красные по двум причинам. Первый проявляется в природе и связано с Галактики возрасте, если она формируется раньше в истории Вселенной, то она будет удаляться быстрее, смещая свет в красном спектре. Астрономы называют этот эффект красного смещения. Другая причина-внутренняя: — если галактика перестал формируя звезды, оно будет содержать меньше голубые звезды, которые, как правило, умирают рано, и остаться со взрослыми, краснее звезд.
«Но мы не видим этого», — сказал Behroozi. «Если галактики вели себя так, как мы думали, и остановился формирования ранних звезд, наша фактическая Вселенная была бы покрасила все неправильно. Иными словами, мы вынуждены заключить, что галактик образуются звезды более эффективно в ранние времена, чем мы думали. И что это говорит нам о том, что энергии от сверхмассивных черных дыр и взрывающихся звезд менее эффективен в отношении образования звезд, чем предсказывали наши теории».
По данным Behroozi, создание тестовых вселенных беспрецедентной сложности требуется совершенно новый подход, который не ограничивается вычислительной мощностью и памятью, и при условии достаточного разрешения, чтобы охватить масштабы из «малых» — отдельных объектов, таких как сверхновые звезды — на значительную часть наблюдаемой Вселенной.
«Имитируя одиночные галактики требует от 10 до 48-го вычислительных операций», — пояснил он. «Все компьютеры на Земле вместе взятых не могла бы сделать этого за сто лет. Так просто смоделировать единую галактику, не говоря уже 12 миллионов, мы должны были сделать это по-другому».
Помимо использования вычислительных ресурсов в научно-исследовательском центре Эймса НАСА и Лейбниц-Rechenzentrum в Гархинге, Германия, команда использовала «Ocelote» суперкомпьютер на высокую производительность УА вычислительного кластера. Две тысячи процессоров хрустел одновременно данные на протяжении трех недель. В ходе исследовательского проекта, Behroozi и его коллеги выработали более 8 миллионов вселенных.
«Мы взяли за последние 20 лет астрономических наблюдений и сравнить их миллионы вселенных макет, который мы создали,» Behroozi объяснил. «Мы соединили вместе тысяч кусочков информации, чтобы увидеть, какие из них совпадают. Вселенная, которую мы создали выглядит? Если нет, мы бы вернуться и внести изменения, и проверить снова».
Чтобы лучше понять, как галактики прибыл, чтобы быть, Behroozi и его коллеги планируют расширить UniverseMachine включить морфологию отдельных галактик и как их формы меняются с течением времени.
В статье, «UNIVERSEMACHINE: взаимосвязь между ростом галактик и темной материи Гало Ассамблеи от Z = 0-10,» в соавторстве с риса Векслера в Стэнфордском университете, Андрей слышал в Аргоннской национальной лаборатории и Чарли Конрой из Гарвардского университета. Финансирование было предоставлено НАСА, Национального научного фонда и Мюнхенского института по астрофизике и физике частиц.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!