Przejdź do treści

Symulowanie galaktycznych wypływów

img

Od dziesięcioleci astronomowie wiedzą, że z galaktyk wyrzucane są masywne wypływy gazu. Te szybko poruszające się dwubiegunowe strumienie spowalniają tempo formowania się gwiazd i hamują zapadanie się galaktyk oraz pomagają zrównoważyć napływ materii z ośrodka międzygalaktycznego. Dwa mechanizmy fizyczne napędzają te wypływy – wybuchy supernowych w obszarach gwiazdotwórczych oraz wiatry wytwarzane w pobliżu centralnych supermasywnych czarnych dziur akreujących materię. Poznanie tych procesów jest niezbędne do zrozumienia, w jaki sposób galaktyki się rozwijają, ale próby korzystania z symulacji numerycznych są od dziesięcioleci utrudnione, ponieważ zarówno powstawanie gwiazd, jak i akrecja czarnej dziury działają w małych skalach, około dziesięć miliardów razy mniejszych niż skala całej galaktyki i jej środowiska. Modelowanie zarówno dużych jaki i małych procesów przy użyciu tego samego kodu jest bardzo trudne obliczeniowo. W rezultacie opracowane przez lata kosmologiczne symulacje ewolucji galaktyk nie mogły być bezpośrednio porównane z obserwacjami wypływów.

Illustris to międzynarodowy projekt, który od pięciu lat tworzy symulowane scenariusze ewolucji galaktyk. Rozmiar najmniejszej symulacji wykonanej w tym projekcie to zaledwie 2300 lat świetlnych, a aby opisać procesy zachodzące na mniejszych rozmiarach, kod wywołuje algorytm ogólny a nie wykonuje szczegółowych obliczeń. Projekt odniósł ogromny sukces w odtwarzaniu olbrzymiej kosmologicznej sieci galaktyk, które powstały po Wielkim Wybuchu. IllustrisTNG („następnej generacji”) to nowa wersja projektu symulacyjnego Illustris, która częściowo rozwiązuje problem skali, skupiając się na szczegółowym rozważeniu wybranych małych objętości przy jednoczesnym uchwyceniu istotnych procesów na dużą skalę. Symulacja IllustrisTNG50, trzecia i ostatnia wersja z tej serii, symuluje aktywność w wymiarach tak małych jak setki lat świetlnych w całkowitej objętości 50 mln parseków (163 mln lat świetlnych), oferując unikalną kombinację zarówno dużej objętości jak i dokładnej rozdzielczości.

Rainer Weinberger i Lars Hernquist, astronomowie z CfA, są członkami zespołu TNG50, który opublikował swoje pierwsze wyniki. W miarę, jak galaktyki stają się coraz bardziej masywne, szybkość wypływu w porównaniu do prędkości formowania się gwiazd maleje. Jednak w umiarkowanie dużych układach trend ten odwraca się ze względu na zwiększony wpływ wiatrów z supermasywnych czarnej dziury. Naukowcy informują również o odkryciu, że wypływy są w naturalny sposób skolimowane do postaci dwubiegunowych i że prędkości wiatru rosną wraz z masą galaktyki do prędkości przekraczających 3000 km/s. Co więcej, chociaż galaktyki podlegające procesowi bardziej aktywnej produkcji gwiazd generalnie napędzają szybsze wiatry, w galaktykach o dużej masie, w których powstawanie gwiazd zostało stłumione, wiatry pozostają silne ze względu na akrecyjną aktywność czarnej dziury.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Simulating Galactic Outflows

First results from the TNG50 simulation: galactic outflows driven by supernovae and black hole feedback

Źródło: CfA