La formación de galaxias es una danza compleja entre la materia y la energía, que ocurre en un escenario de proporciones cósmicas y abarca miles de millones de años. ¿Cómo surgió la diversidad de galaxias estructuradas y dinámicas que observamos hoy del caos ardiente de el Big Bang sigue siendo uno de los acertijos sin resolver más difíciles de cosmología.
En busca de respuestas, un equipo internacional de científicos ha creado el modelo a gran escala más detallado del universo hasta la fecha, una simulación que llaman TNG50. Su universo virtual, de unos 230 millones de años luz de diámetro, contiene decenas de miles de galaxias en evolución con niveles de detalle que antes solo se veían en modelos de una sola galaxia. La simulación rastreó más de 20 mil millones de partículas que representan materia oscuragases, estrellas y agujeros negros supermasivos, durante un período de 13.800 millones de años.
La resolución y la escala sin precedentes han permitido a los investigadores obtener información clave sobre el pasado de nuestro universo, revelando cómo surgieron varias galaxias de formas extrañas y cómo las explosiones estelares y los agujeros negros desencadenaron esta evolución galáctica. Sus hallazgos se publican en dos artículos que se publicarán en la edición de diciembre de 2019 de la revista. Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
TNG50 es la última simulación creada por el Proyecto IllustrisTNGque tiene como objetivo construir una imagen completa de cómo ha evolucionado nuestro universo desde el Big Bang produciendo un universo a gran escala sin sacrificar los detalles finos de las galaxias individuales.
TNG50 fue una empresa de colaboración entre científicos de Alemania y los Estados Unidos, que publicaron Dos documentos sobre la simulación en el diario Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society a principios de noviembre.
me tomó Supercomputadora Hazel Hen en Stuttgart, Alemania, más de un año para completar la simulación, que… le gusta puntos de vista similares — funciona en gran medida al revés de lo que los científicos ya creen sobre el universo para predecir la actividad que ha llevado al estado actual de las cosas.
Si bien poder ver cómo se forma una galaxia durante miles de millones de años es interesante por derecho propio, la simulación hizo más que producir una imagen de los datos conocidos: también proporcionó varios conocimientos nuevos, incluidos detalles previamente desconocidos sobre el proceso de formación del disco. galaxia.
«Los experimentos numéricos de este tipo son especialmente exitosos cuando obtienes más de lo que pones», dijo el investigador Dylan Nelson en un artículo. presione soltar. “En nuestra simulación, vemos fenómenos que no fueron programados explícitamente en el código de simulación. Estos fenómenos surgen naturalmente, de la compleja interacción de los ingredientes físicos básicos de nuestro universo modelo».
Los investigadores planean publicar eventualmente todos los datos de TNG50, dando a otros científicos la oportunidad de buscar aún más fenómenos nuevos en la simulación de vanguardia.
«Estas simulaciones son enormes conjuntos de datos en los que podemos aprender mucho al diseccionar y comprender la formación y evolución de las galaxias dentro de ellos», dijo Paul Torrey, profesor asociado de física en la Universidad de Florida y coautor del estudio. «La novedad clave de TNG50 es que está logrando una resolución espacial y de masa lo suficientemente alta dentro de las galaxias que le brinda una imagen clara de cómo se ve la estructura interna de los sistemas a medida que se forman y evolucionan».
La atención a los detalles del modelo tiene un cierto costo. La simulación requirió 16.000 núcleos de procesador de Hazel Hen supercomputadoras en Stuttgart, Alemania, funcionando continuamente durante más de un año. El mismo cálculo tardaría 15.000 años en realizar un sistema de un solo procesador. A pesar de ser una de las simulaciones astrofísicas computacionalmente más pesadas de la historia, los investigadores creen que su inversión ha valido la pena.
«Los experimentos numéricos de este tipo son particularmente exitosos cuando obtienes más de lo que pones», dijo Dylan Nelson, becario postdoctoral en el Instituto Max Planck de Astrofísica en Munich, Alemania, y coautor del estudio. dijo en un comunicado. “En nuestra simulación, vemos fenómenos que no fueron programados explícitamente en el código de simulación. Estos fenómenos surgen naturalmente, de la compleja interacción de los ingredientes físicos básicos de nuestro universo modelo».
Este fenómeno emergente podría ser esencial para comprender por qué nuestro universo tiene el aspecto que tiene hoy 13.800 millones de años después del Big Bang. TNG50 ha permitido a los investigadores ver de primera mano cómo las galaxias pueden haber surgido de las turbulentas nubes de gas presentes poco después del nacimiento del universo. Descubrieron que las galaxias en forma de disco comunes a nuestro vecindario cósmico surgieron naturalmente dentro de su simulación y produjeron estructuras internas, incluidos brazos espirales, protuberancias y barras que se extienden desde su supermasivo central. agujeros negros. Cuando compararon su universo generado por computadora con observaciones de la vida real, encontraron que su población de galaxias era cualitativamente consistente con la realidad.
A medida que sus galaxias continuaban aplanándose en discos giratorios bien ordenados, comenzó a surgir otro fenómeno. supernova Las explosiones y los agujeros negros supermasivos en el corazón de cada galaxia han creado salidas de gas a alta velocidad. Estos flujos de salida se han convertido en fuentes de gas que se elevan a miles de años luz por encima de una galaxia. El tirón de la gravedad finalmente atrajo gran parte de este gas hacia el disco de la galaxia, redistribuyéndolo hacia su borde exterior y creando un circuito de retroalimentación de flujo de entrada y salida de gas. Además de reciclar ingredientes para formar nuevas estrellas, también se ha demostrado que los flujos de salida cambian la estructura de su galaxia. Los gases reciclados aceleraron la transformación de las galaxias en delgados discos giratorios.
A pesar de estos resultados iniciales, el equipo está lejos de terminar de analizar su modelo. También planean publicar todos los datos de simulación para que los astrónomos de todo el mundo estudien su cosmos virtual.
«Hay un gran camino por delante ahora que hemos completado estas simulaciones», dijo Torrey. «Todo un equipo de investigadores está trabajando para comprender mejor las propiedades detalladas de las galaxias en formación y qué tendencias emergentes se manifiestan en esos datos».
Fuente www.espacio.com