高分辨率模拟为星系如何形成提供了新的见解

天文学家可以使用超级计算机来模拟从138亿年前的大爆炸至今的星系形成过程。但错误的来源有很多。由隆德研究人员领导的一个国际研究小组在八年的时间里花费了 1 亿个小时的计算机时间来尝试纠正这些问题。

过去十年，计算机模拟取得了重大进展，可以真实地计算星系的形成方式。这些宇宙学模拟对于我们了解星系、恒星和行星的来源至关重要。然而，此类模型的预测受到模拟分辨率的限制以及对许多因素的假设的影响，例如恒星如何生存和死亡以及星际介质的演化。

为了最大限度地减少误差源并进行更准确的模拟，来自 60 个高等教育机构的 160 名研究人员(由隆德大学的 Santi Roca-Fàbrega、首尔国立大学的 Ji-hoon Kim 和加州大学的 Joel R. Primack 领导)合作并现在展示了有史以来最大的模拟比较的结果。

“为了在星系形成理论方面取得进展，比较不同模拟的结果和代码至关重要。我们现在通过将世界上最好的星系模拟器背后的竞争代码组聚集在一起进行超级比较来做到这一点，”桑蒂·罗卡说-Fàbrega，天体物理学研究员。

此次合作的三篇论文(称为 CosmoRun 模拟)已被《天体物理学杂志》接受发表;所有这些都可以在arXiv预印本服务器上获得。在这些研究中，研究人员分析了与银河系质量相同的星系的形成过程。该模拟基于关于宇宙中第一批恒星产生的紫外线背景辐射、气体冷却和加热以及恒星形成过程的相同天体物理学假设。

新的结果使研究人员得出结论，像银河系这样的盘状星系在宇宙历史的早期就形成了，这与詹姆斯·韦伯望远镜的观测结果一致。他们还找到了一种方法，使卫星星系(绕较大星系运行的星系)的数量与观测结果一致，最终解决了社区众所周知的“卫星失踪问题”。

此外，该团队还揭示了星系周围的气体如何成为现实模拟的关键，而不是以前作为标准的恒星的数量和分布。

“这项工作在过去八年里一直在进行，需要运行数百次模拟并使用一亿小时的超级计算设施，”Santi Roca-Fàbrega 说。

现在，旅程继续进一步完善星系形成的模拟。Santi Roca-Fàbrega 和他的同事希望通过每一项技术成就，为宇宙和星系的诞生和演化这一令人眼花缭乱的谜题增添新的内容。

“这是对星系形成进行更可靠模拟的开始，这反过来将帮助我们更好地了解我们的家乡银河系，”桑蒂·罗卡-法布雷加说。

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