En autant de temps qu'il faut pour donner naissance à la vie humaine, un supercalculateur et une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Santa Cruz et de l'Institut de physique théorique de Zurich ont donné lieu à la première simulation de la physique impliquée dans formation de galaxies qui a produit la Voie lactée. Ils ont nommé leur enfant Eris…
"Les efforts précédents pour former une galaxie à disque massive comme la Voie lactée avaient échoué, car les galaxies simulées se sont retrouvées avec d'énormes renflements centraux par rapport à la taille du disque", a déclaré Javiera Guedes, qui a récemment obtenu son doctorat. en astronomie et astrophysique à l'UC Santa Cruz et est le premier auteur d'un article qui a été accepté pour publication dans le Astrophysical Journal.
Comme la Voie lactée, Eris est une belle galaxie spirale barrée - sa silhouette et son contenu d'étoile aussi identiques que la modélisation peut le faire. En étudiant notre propre galaxie et d'autres similaires, cette simulation s'adapte au moule sous tous les angles. "Nous avons disséqué la galaxie de nombreuses manières différentes pour confirmer qu'elle correspond aux observations", a déclaré Guedes.
Et «sept sœurs» étaient également impliquées dans le projet. Le superordinateur ultramoderne Pleiades de la NASA a pris en charge 1,4 million d’heures de processeur. Mais les calculs ne se sont pas arrêtés là. Des simulations sur des supercalculateurs à l'UCSC et au Centre national suisse de supercalcul ont également été impliquées. "Nous avons pris un certain risque en dépensant une énorme quantité de temps de supercalculateur pour simuler une seule galaxie avec une résolution extra-haute", a déclaré Madau.
Depuis plus de deux décennies, les tentatives de création de l'évolution d'une galaxie de type voie lactée sont hors de portée des chercheurs. Ils n'étaient tout simplement pas en mesure de produire la forme, la taille et la population appropriées pour s'adapter aux propriétés connues. Grâce à cette nouvelle percée, le soutien à la théorie de la «matière noire froide» a prédominé et la théorie du Big Bang a été soutenue. Qu'est-ce qui a donné à Eris l'avantage? Essayez notre formation d'étoiles maintenant mieux comprise.
"La formation d'étoiles dans de vraies galaxies se produit de manière groupée, et reproduire cela à partir d'une simulation cosmologique est difficile", a déclaré Madau. «Il s'agit de la première simulation capable de résoudre les nuages de gaz à haute densité où se produit la formation d'étoiles, et le résultat est une galaxie de type voie lactée avec un petit renflement et un gros disque. Cela montre que le scénario de la matière noire froide, où la matière noire fournit l'échafaudage pour la formation des galaxies, est capable de générer des galaxies réalistes dominées par les disques. »
Donner naissance à Eris n'a pas été une tâche facile. Grâce à des simulations à basse résolution, les chercheurs ont commencé à assembler des amas de matière noire - les transformant en halos galactiques. À partir de là, ils ont sélectionné des informations sur un halo avec une masse et une histoire de fusion similaires à la nôtre et ont «rembobiné la bande» à ses débuts. En se concentrant sur une petite zone, ils ont pu ajouter des informations supplémentaires sur les particules et augmenter la résolution.
«La simulation suit les interactions de plus de 60 millions de particules de matière noire et de gaz. Beaucoup de physique entre dans le code - gravité et hydrodynamique, formation d'étoiles et explosions de supernova - et c'est la simulation cosmologique la plus haute résolution jamais réalisée de cette façon », a déclaré Guedes, qui est actuellement chercheur postdoctoral à l'Institut fédéral suisse de technologie à Zurich (ETH Zurich).
Ce qui distingue Eris de ses prédécesseurs, c'est la possibilité de «voir» en haute résolution / haute densité. Cela permet une approche plus pragmatique de la formation et du placement des étoiles. C’est une considération importante, car les supernova se produisent dans les régions à haute densité et la haute résolution permet de les prendre en compte.
"Les supernovae produisent des sorties de gaz de la partie intérieure de la galaxie où elles formeraient autrement plus d'étoiles et feraient un gros renflement", a déclaré Madau. "La formation d'étoiles en cluster et l'injection d'énergie à partir des supernovae font la différence dans cette simulation."
Lève-toi, Eris… Ton heure est venue!
Source de l'histoire originale: University of Santa Cruz News. Pour en savoir plus: Former des spirales de type tardif réalistes dans un univers LCDM: La simulation Eris.
