Simulações de alta resolução fornecem novos insights sobre como as galáxias são formadas
Parte do universo simulado. No centro, uma galáxia nasce através do gás que depois se transforma em estrelas. Todo o processo leva bilhões de anos, mas é simulado em apenas alguns meses por supercomputadores. Crédito:Colaboração AGORA Os astrônomos podem usar supercomputadores para simular a formação de galáxias desde o Big Bang, há 13,8 bilhões de anos, até os dias atuais. Mas existem várias fontes de erro. Uma equipa de investigação internacional, liderada por investigadores em Lund, gastou cem milhões de horas de computador ao longo de oito anos a tentar corrigir estes problemas.
A última década assistiu a grandes avanços nas simulações de computador que podem calcular de forma realista como as galáxias se formam. Estas simulações cosmológicas são cruciais para a nossa compreensão de onde vêm as galáxias, estrelas e planetas. No entanto, as previsões de tais modelos são afetadas por limitações na resolução das simulações, bem como por suposições sobre uma série de fatores, como a forma como as estrelas vivem e morrem e a evolução do meio interestelar.
Para minimizar as fontes de erro e produzir simulações mais precisas, 160 pesquisadores de 60 instituições de ensino superior – liderados por Santi Roca-Fàbrega da Universidade de Lund, Ji-hoon Kim da Universidade Nacional de Seul e Joel R. Primack da Universidade da Califórnia – colaboraram e apresentam agora os resultados da maior comparação de simulações já feita.
"Para progredir em direção a uma teoria da formação de galáxias, é crucial comparar resultados e códigos de diferentes simulações. Fizemos isso agora reunindo grupos de códigos concorrentes por trás dos melhores simuladores de galáxias do mundo, numa espécie de supercomparação", diz Santi Roca. -Fàbrega, pesquisador em astrofísica.
Três artigos desta colaboração, conhecidos como simulações CosmoRun, foram aceitos para publicação no The Astrophysical Journal; todos estão disponíveis no arXiv servidor de pré-impressão. Nestes, os pesquisadores analisaram a formação de uma galáxia com a mesma massa da Via Láctea. A simulação é baseada nas mesmas suposições astrofísicas sobre a radiação ultravioleta de fundo produzida pelas primeiras estrelas do universo, o resfriamento e aquecimento do gás e o processo de formação estelar.
Os novos resultados permitem aos investigadores concluir que as galáxias em disco como a Via Láctea se formaram muito cedo na história do Universo, em linha com as observações do Telescópio James Webb. Eles também encontraram uma maneira de tornar o número de galáxias satélites - galáxias orbitando galáxias maiores - consistente com as observações que finalmente resolveram um problema bem conhecido na comunidade e conhecido como "o problema dos satélites perdidos".
Além disso, a equipa revelou como o gás que rodeia as galáxias é a chave para simulações realistas, em vez do número e distribuição de estrelas, que anteriormente eram o padrão.
“O trabalho vem acontecendo há oito anos e envolveu a execução de centenas de simulações e o uso de cem milhões de horas de instalações de supercomputação”, diz Santi Roca-Fàbrega.
Agora a jornada continua para refinar ainda mais as simulações da formação de galáxias. A cada conquista tecnológica, Santi Roca-Fàbrega e os seus colegas esperam acrescentar novas peças ao vertiginoso puzzle do nascimento e evolução do universo e das galáxias.
"Este é o início de simulações mais fiáveis da formação de galáxias, que por sua vez nos ajudarão a compreender melhor a nossa galáxia natal, a Via Láctea," afirma Santi Roca-Fàbrega.
Mais informações: Santi Roca-Fàbrega et al, Projeto IV de comparação de simulações de galáxias de alta resolução AGORA:montagem em massa de halo e galáxia em uma simulação cosmológica ampliada em z ≤ 2, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.06202 Minyong Jung et al, Projeto de comparação de simulações de galáxias de alta resolução AGORA. V:Populações de galáxias satélites em uma simulação cosmológica ampliada de um halo de massa da Via Láctea, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.05392
Clayton Strawn et al, Projeto de comparação de simulações de galáxias de alta resolução AGORA. VI. Semelhanças e diferenças no meio circungaláctico, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad12cb. No arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2402.05246
