Astronomen kunnen supercomputers gebruiken om de vorming van sterrenstelsels te simuleren vanaf de oerknal 13,8 miljard jaar geleden tot nu. Maar er zijn een aantal bronnen van fouten. Een internationaal onderzoeksteam, onder leiding van onderzoekers uit Lund, heeft in acht jaar tijd honderd miljoen computeruren besteed aan het corrigeren hiervan.

De afgelopen tien jaar is er grote vooruitgang geboekt op het gebied van computersimulaties die op realistische wijze kunnen berekenen hoe sterrenstelsels ontstaan. Deze kosmologische simulaties zijn cruciaal voor ons begrip van waar sterrenstelsels, sterren en planeten vandaan komen. De voorspellingen van dergelijke modellen worden echter beïnvloed door beperkingen in de resolutie van de simulaties, evenals door aannames over een aantal factoren, zoals hoe sterren leven en sterven en de evolutie van het interstellaire medium.

Om de bronnen van fouten te minimaliseren en nauwkeurigere simulaties te produceren, hebben 160 onderzoekers van 60 instellingen voor hoger onderwijs – onder leiding van Santi Roca-Fàbrega van de Universiteit van Lund, Ji-hoon Kim van de Seoul National University en Joel R. Primack van de Universiteit van Californië – samengewerkt en presenteren nu de resultaten van de grootste vergelijking van simulaties ooit gedaan.

"Om vooruitgang te boeken in de richting van een theorie over de vorming van sterrenstelsels, is het cruciaal om resultaten en codes uit verschillende simulaties te vergelijken. We hebben dit nu gedaan door concurrerende codegroepen achter 's werelds beste sterrenstelselsimulators samen te brengen in een soort supervergelijking", zegt Santi Roca -Fàbrega, een onderzoeker in de astrofysica.

Drie artikelen uit deze samenwerking, bekend als de CosmoRun-simulaties, zijn geaccepteerd voor publicatie in The Astrophysical Journal; ze zijn allemaal beschikbaar op de arXiv preprint-server. Hierin hebben de onderzoekers de vorming van een sterrenstelsel met dezelfde massa als de Melkweg geanalyseerd. De simulatie is gebaseerd op dezelfde astrofysische aannames over de ultraviolette achtergrondstraling geproduceerd door de eerste sterren in het universum, de afkoeling en verwarming van gas en het proces van stervorming.

Uit de nieuwe resultaten kunnen de onderzoekers concluderen dat schijfstelsels zoals de Melkweg al heel vroeg in de geschiedenis van het universum zijn ontstaan, in lijn met waarnemingen van de James Webb Telescoop. Ze hebben ook een manier gevonden om het aantal satellietstelsels – sterrenstelsels die rond grotere sterrenstelsels draaien – consistent te maken met waarnemingen, waarmee uiteindelijk een probleem wordt opgelost dat welbekend is in de gemeenschap en bekend staat als 'het probleem van de ontbrekende satellieten'.

Daarnaast heeft het team onthuld hoe het gas rondom sterrenstelsels de sleutel is tot realistische simulaties, in plaats van het aantal en de verdeling van sterren, wat voorheen de standaard was.

"Het werk is de afgelopen acht jaar aan de gang geweest en heeft geleid tot het uitvoeren van honderden simulaties en het gebruik van honderd miljoen uur aan supercomputerfaciliteiten", zegt Santi Roca-Fàbrega.

Nu gaat de reis verder met het verder verfijnen van de simulaties van de vorming van sterrenstelsels. Met elke technologische prestatie hopen Santi Roca-Fàbrega en zijn collega's nieuwe stukjes toe te voegen aan de duizelingwekkende puzzel van de geboorte en evolutie van het universum en sterrenstelsels.

‘Dit is het begin van betrouwbaardere simulaties van de vorming van sterrenstelsels, die ons op hun beurt zullen helpen ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, beter te begrijpen’, zegt Santi Roca-Fàbrega.

Meer informatie: Santi Roca-Fàbrega et al, Het AGORA Hoge-resolutie Galaxy Simulaties Vergelijkingsproject IV:Halo en Galaxy Mass Assembly in een kosmologische zoom-in-simulatie op z ≤ 2, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.06202

Minyong Jung et al., Het AGORA-vergelijkingsproject voor sterrenstelselsimulaties met hoge resolutie. V:Populaties van satellietstelsels in een kosmologische inzoomsimulatie van een halo met massa in de Melkweg, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.05392

Clayton Strawn et al., Het AGORA-vergelijkingsproject voor sterrenstelselsimulaties met hoge resolutie. VI. Overeenkomsten en verschillen in het circumgalactische medium, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad12cb. Op arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2402.05246

Journaalinformatie: Astrofysisch tijdschrift , arXiv

Aangeboden door de Universiteit van Lund