Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 17.08.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Математический код FIRE позволил подтвердить реальное развитие галактик

Математический код FIRE позволил подтвердить реальное развитие галактик
shortstoryf

Математикам из Калифорнийского технологического института (CalTech) с помощью компьютерного моделирования удалось решить еще одну космическую загадку. Филип Хопкинс, физик-теоретик, провел исследование, в результате которого обнаружил, что жизнедеятельность звезд (взрывы сверхновых или даже просто звездный свет) играет большую роль в формировании других звезд и даже эволюции галактик.

«Звездная обратная связь действует следующим образом: суммарные эффекты от сверхновых, излучения, нагревания, перемещения газа и звездного ветра могут регулировать рост галактик и объяснить, почему со временем галактики содержат в себе все меньше вещества, которое можно переработать в новые звезды».

Симуляция FIRE

Два кадра моделирования с помощью математического кода FIRE. Здесь представлено гало Млечного пути, а цвета обозначают различные удельные веса. Пурпурный показывает холодный молекулярный/атомный газ (температура меньше 1000 К), зеленый — теплый ионизированный газ (температура от 10e4 до 10e5 K), красный — горячий газ (температура выше 10е6 К). Слева изображение с большим красным смещением, слева — сегодняшний день. Источник: Texas Advanced Computing Center

Моделирование одной такой галактики было проведено на суперкомпьютере Stampede Техасского суперкомпьютерного центра (Texas Advanced Computing Center, TACC). Загвоздка, которая беспокоит исследователей, находится в межзвездном пространстве — области космоса между звездами. Там находятся огромные молекулярные облака, главным образом водородные, с массой в тысячи или даже в миллионы Солнц. Это молекулярные области постепенно уплотняются, что дает рождение новым звездам. Озадачивало ученых (начиная с далекого 1970 года) то, что только небольшая часть вещества в облаке становится звездой. В то время как самые современные компьютерные модели предсказывали, что звездами должно стать практически все вещество.

«Вот именно это мы и пытались выяснить. А для решения этого вопроса мы обратились к реальным физическим законам и поведению звезд и газа вокруг них, которое нам известно».

Галактика FIRE

Анимация начинается с периода очень сильного звездообразования, которое создает оттоки горячего и теплого газа, сдувающего большую часть окружающей межгалактической среды. Холодный молекулярный газ, который формирует звезды, окрашен в пурпурный цвет. Большая часть вещества, охлаждающегося в галактике, является ионизированным газом, который показан зеленым. Самый горячий газ составляет гало и показан красным. Источник: Texas Advanced Computing Center

Были созданы математические модели галактик с помощью математической модели FIRE (Feedback in Realistic Environments), которая сосредотачивала всю мощь процессора на расчеты в мелких масштабах, всего в несколько световых лет.

«В начале мы моделировали просто одиночные звезды в небольших областях галактики, мы прослеживали каждую сверхновую. Это позволило нам создать модель, которую можно поместить в еще большую модель целой галактики. А эту модель поместить в еще большую модель части Вселенной».

Первоначально Хопкинс приспособил расчет модели на кластере CalTech, но все равно, львиную долю всего остального моделирования провел суперкомпьютер Stampede. Его использование позволило коду FIRE достигнуть небывалого уровня реализма, который удивил даже ученых. Так, например, работа с предыдущими моделями требовала дополнительной ручной настройки после каждого взрыва сверхновой звезды или расчета взаимодействия газа с ее излучением.

Видимый свет FIRE

Здесь показана мультипликация, которая начинается в момент времени, когда Вселенной было всего несколько миллионов лет (красное смещение z=100). Показан процесс ее развития в течение миллиардов лет до настоящего времени (z=0). Синие области — молодые звездные группы, которые создавали отток газа и пыли, из которых они сами и сформировались. Источник: Texas Advanced Computing Center

«Для меня, например, самым удивительным стало то, что мы смогли попросту добавить физические условия, которые отсутствовали в предыдущих моделях. Прямо «на лету» мы могли управлять характеристиками системы, а то, что мы получили, было похоже на реальную галактику. И да, действительно, мы сумели создать такую модель, в которой молекулярное облако использует только несколько процентов своего вещества для того, чтобы превратить его в звезды. В прошлых моделях мы такого достичь не могли».

Код FIRE хорошо работает главным образом на типичных и маленьких галактиках. Но исследователи хотят пойти еще дальше. Основываясь на своем успехе они хотят рассчитать странные объекты, галактики, о которых известно, что они имеют странные размеры и странные массы, или имеют необычные свойства. Хопкинс также хочет смоделировать галактики с супермассивными черными дырами в их ядрах, как наш Млечный путь.

По информации Техасского вычислительного центра.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google