Ny supersimulering av hur galaxer bildas

Astronomer kan med hjälp av superdatorer simulera hur galaxer bildats ända sedan Big Bang för 13,8 miljarder år sedan fram till idag. Men det finns en rad felkällor. En internationell forskargrupp, ledd av Lunds universitet och Seoul National University, har i åtta år använt hundra miljoner datortimmar för att råda bot på dessa.

Under det senaste årtiondet har det gjorts stora framsteg när det kommer till datorsimuleringar som på ett realistiskt sätt kan beräkna hur galaxer bildas. Dessa kosmologiska simuleringar är avgörande för vår förståelse av var galaxer, stjärnor och planeter kommer ifrån. Dock påverkas förutsägelserna från sådana modeller av begränsningar i simuleringarnas upplösning samt antaganden om en rad faktorer, så som exploderande stjärnor, galaktiska utflöden och stjärnrörelser. För att minimera felkällorna och få fram säkrare simuleringar har 160 forskare från 60 lärosäten – under ledning av Santi Roca-Fábrega vid Lunds universitet, Ji-hoon Kim vid Seoul National University och Joel R. Primack vid University of California – samarbetat och presenterar nu resultaten av sin första supersimulering.

– För att göra framsteg mot en teori om galaxbildning är det avgörande att jämföra resultat och koder från olika simuleringar. Detta har vi nu gjort genom att föra samman konkurrerande kodgrupper bakom världens bästa galaxsimulatorer i ett slags supersimulator, säger Santi Roca-Fábrega, forskare i astrofysik.

Nu publiceras tre artiklar från detta samarbete, de så kallade CosmoRun-simuleringarna, i den vetenskapliga tidskriften The Astrophysical Journal. I dessa har forskarna analyserat bildandet av en galax med samma massa som Vintergatan. Simuleringen utgår från samma astrofysikaliska antaganden om ultraviolett bakgrundsstrålning, gasavkylning, uppvärmning samt stjärnbildning. Med hjälp av de nya resultateten kan forskarna slå fast att skivgalaxer som Vintergatan har bildats mycket tidigt i universums historia, helt i linje med observationer från James Webb-teleskopet. De har också hittat en metod så att antalet satellitgalaxer – galaxer som kretsar kring större galaxer – överensstämmer med observationer. Dessutom har forskarlaget avslöjat hur gasen som omger galaxer är nyckeln bakom realistiska simuleringar, snarare än antalet och fördelningen av stjärnor, något som tidigare varit standard.

– Arbetet har pågått under de senaste åtta åren och inneburit körning av hundratals simuleringar och användning av hundra miljoner timmar på superdatoranläggningar, säger Santi Roca-Fábrega.

Nu fortsätter resan mot att ytterligare förfina simuleringarna kring galaxbildningen. För varje teknisk landvinning hoppas Santi Roca-Fáberga och hans kollegor kunna lägga nya pusselbitar till den svindlande frågan kring universums och galaxernas födelse och utveckling.

– Det här är startskottet för säkrare simuleringar av galaxbildning som i sin tur hjälper oss att bättre förstå vår hemgalax Vintergatan, säger Santi Roca-Fábrega.

Förutom Lunds universitet har ett 60-tal lärosäten och organisationer deltagit i arbetet.

Studien publiceras som tre artiklar i The Astrophysical Journal, här som e-print-versioner via ArXiv:

https://arxiv.org/abs/2402.06202

https://arxiv.org/abs/2402.05392

https://arxiv.org/abs/2402.05246

För mer information, kontakta:

Santi Roca-Fábrega, forskare i astrofysik

Fysiska institutionen, Lunds universitet

+46 70-727 59 78

santi.roca_fabrega@fysik.lu.se

Presskontakt:

johan.joelsson@science.lu.se

073 027 58 90