Galaxia virtuală Eris - cea mai bună simulare a formării Căii Lactee

După mai bine de 9 luni de calcule efectuate cu ajutorul unui computer superperformant, o echipă de cercetători a reuşit să simuleze geneza unei galaxii spirale, asemănătoare cu Calea Lactee. Simularea, prima de acest fel care a avut succes, rezolvă o problemă veche care i-a determinat pe unii să se îndoiască de actualul model cosmologic al Universului.

Galaxia virtuală, numită Eris, are în centrul său o aglomerare de stele şi prezintă şi alte proprietăţi structurale asemănătoare cu cele ale unor galaxii de tipul Căii Lactee: un nucleu mic în centrul unui disc cu diametru relativ mare, densitatea şi tipurile de stele pe care le conţine etc.

Pentru realizarea acestei simulări, cercetătorii de la Universitatea California din Santa Cruz, SUA, alături de cei de la Institutul de Fizică Teoretică din Zurich, Elveţia, au beneficiat de un ajutor important din partea NASA, care a pus la dispoziţie unul dintre supercomputerele sale.

La baza proiectului a stat teoria "materiei negre reci", care presupune că evoluţia structurii Universului este determinată de interacţiunile gravitaţionale ale materiei negre.

Gravitaţia a acţionat iniţial asupra micilor fluctuaţiilor de densitate, existente imediat după Big Bang. Datorită gravitaţiei primele aglomerări de materie neagră s-au grupat în mase mai mari care, cu timpul, au crescut prin comasare. Materia obişnuită care a format planetele şi stelele (şi care reprezintă mai puţin de 20% din materia existentă în Univers) a căzut în "gropile gravitaţionale" create de aglomerările de materie neagră, dând naştere galaxiilor în centrul unor "nori" de materie neagră.

Pentru a efectua simularea Eris, cercetătorii au realizat, la rezoluţie mică, o simulare e evoluţiei norilor de materie neagră şi a modului în care aceştia au ajuns să găzduiască galaxiile.
Apoi, a fost aleasă o astfel de aglomerare de materie neagră ce avea proprietăţile potrivite pentru a "găzdui" o galaxie asemănătoare cu Calea Lactee, iar oamenii de ştiinţă au "derulat înapoi" şirul evenimentelor, pentru a-i urmări evoluţia.

"Simularea implică interacţiunea dintre 60 de milioane de particule de materie neagră şi gaz. O mulţime de noţiuni de fizică sunt aplicate - gravitaţia, hidrodinamica, formarea stelelor şi explozia supernovelor - iar aceasta este cea mai bună simulare a formării unei galaxii", a declarat Guedes, cercetător în cadrul Institutului Federal de Tehnologie din Zurich.

Rezoluţia înaltă le-a permis cercetătorilor să simuleze mult mai precis formarea stelelor. La rezoluţie mică, densitatea gazelor avea o valoare medie în tot volumul galaxiei, valoarea minimă a densităţii necesare pentru formarea unie stele era setataă la o valoare joasă; ca rezultat, stelele se formau la întâmplare, în toată galaxia, ceea ce nu corespundea realităţii. De fapt, într-o galaxie, stelele se formează în grupuri, în zonele în care densitatea gazelor este mai ridicată. În cadrul simulării Eris, stelele se formau doar în regiunile cu densitate ridicată, rezultând astfel o distribuţie mult mai realistă a acestora.

O consecinţă importantă a modelului este aceea că, în momentul în care stelele explodau (supernove), energia injectată în mediul interstelar arunca o mulţime de gaz în afara galaxiei. "Supernovele expulzează o cantitate mare de gaz din partea interioară a galaxiei, acolo unde, în alte circumstanţe, s-ar fi format mai multe stele şi un nucleu mare. Formarea grupată a stelelelor împreună cu energia expulzată de supernove sunt caracteristicile care diferenţiază această simulare de altele", a declarat coautorul Piero Madau.

Sursa: news.ucsc.edu