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星系模仿发生对国际进化惊人见地


研讨人员不断开展国际模型,并借此发现新的国际安全普惠,打造一个国际,黑色壁纸理论。图片来历:TNG COLLABORATION

美国加州理工学院理论物理学家Philip Hopkins喜爱跟他的搭档恶作剧。作为模仿星系构成的专家,Hopkins有时会在讲演中,把他的著作投射到实在星系相片周围,让观众分辩。“咱们乃至能够诈骗天文学家。”Hopkins说,“当然,这并不能确保这些模型是准确的,但直觉标明你正走在正确的轨道上。”

几十年来,科学家一向企图模仿国际大爆破后可观测到的数万亿个星系是怎样发生的。但在曩昔几年中,由于计算机的速度更快、算法更好,模仿现已开端准确地捕捉单个星系的细节及其质量和形状的全体散布成果。

模仿国际

宾夕法尼亚州卡耐基梅隆大学数字国际学家Tiziana Di Matteo说:“整个范畴现已迎来小黄金时代,前进越来越快。”Di Matteo也是BlueTides项目负责人。

跟着国际模仿的前进,它们的人物也在发生变化。几十年来,数据开端单向活动:从天文学家对真实星系的研讨到建模者对其进行模仿。BlueT安全普惠,打造一个国际,黑色壁纸ides项目参与者、英国苏塞克斯大学外星系天文学家Stephen Wilkins说,现在信息也在以另一种方法维密活动,这些模型反过来辅导天文学家。“在曩昔,模仿总是企图跟上观测的速度。”他说。

例如,这些模型标明,最早的星系出现乖僻的泡菜状,而在磕碰进程中,极薄的螺旋星系出奇地巩固,并且,这解说了国际的演化,星系构成恒星比天体物理人力资源六大模块学家期望的要慢得多。hotmovies

这些模仿也发出了正告。一些国际学家期望星系的构成终究会成为一个相对简略的进程,由一些根本规矩分配。可是,建模台积电者指出,星系就像渐渐老练的青少年,是不行猜测的。“能够清楚地看出,星系构成的物理现象非常紊乱。”Wilkins说。

在你造出一个国际之前,你需求知道它的成分。从各式各样的丈量中,国际学家推断出国际中只要5%的质量和能量是像恒星和行星那样的一般物质。别的26%由奥秘的暗物质组成,到目前为止,它们好像只经过重力彼此效果,并且或许是由一些未被发现的粒子组成的。剩余的69%是一种能量方式,它能够马丁靴扩展空间,加快国际的胀大。“暗能量”或许是空间本身真空的特性,所以物理学家称它为国际常数。

国际学家也知道其根本进程。国际在大爆破中构成,首先是一种炙热稠密的亚原子粒子汤。在一秒钟内,它安全普惠,打造一个国际,黑色壁纸阅历了指数级安全普惠,打造一个国际,黑色壁纸添加,粒子汤的无穷小的量子动摇变成了巨大蜂巢的涟漪。渐渐地,密布的暗物质区域在本身的重力效果下聚集成一团巨大的团块和丝状体,被称为国际网。气体被暗物质的引力招引沉积在团块中,并凝集成一个叫作恒星的氢聚变球。在大爆破后的5亿年里,第一个星系构成了。在接下来的130亿年里,它们会在国际的引力潮中漂移,并经过彼此交融而成长。

不断开展

计算机模仿协助开展了这一理论。在20世纪80年代,研讨人员发现,要构成满足大的团块束缚观测到的星系群,暗物质粒子烛之武退秦师有必要缓慢移动和变冷。到200uefi5年,由德国马普学会研讨人员领广元气候预报导的千禧模仿,制作出了一幅国际网络的图画,其结构与星系的某些空间散布非常相似。

可是,千禧模仿和相似的模仿都有一个根本性的缺点。在这些模仿实验中,“根本假定是,星系占有了光环,并对它们没有任何效果”。加州大学伯克利分校国际学家冯宇(音译)说:“彼此效果是单向的。”

现在,建模者纳入了一般物质与本身和暗物质之间的彼此效果——这一进程很难捕捉。与暗物质不同的是,一般物质在被揉捏时会升温,发生光和其他电磁辐射,然后将物质面向周围。当气体云坍缩成发光的恒星,恒星在超新星迸发中爆破,以及黑洞吞噬气体并喷出辐射时,这种杂乱的反应达到了极点。关于星系的行为来说,这是至关重要的,有必要用流体力学方程式模仿,而这是出了名的困难,即使是用超级计算机也是如此。

一般来说,建模者经过将空间划分为身价牌三维网格,或许将很多暗物质和一般物质打包分红成群的粒子来处理这个问题。然后,模仿盯梢这些元素之间的相护照怎样处理互效果。而冯宇表明,这一进程仅仅是加载模型就耗费了计算机可用内存的90%。

多年来,这样的模仿发生的星系过于臃肿、巨大。可是计算机的功率在添加,更重要的是,辐射物质反应模型得到了改进。现在,水动力模仿现已开端发生正确数量的具有正确质量和呻呤形状的星系——螺旋形的圆盘、矮胖的椭恒圆星系、球形的矮星系和乖僻的非正规星系,德国海德堡理论研讨所国际学家Volker Springel说。

“直到最近,模仿范畴一向在尽力制作螺旋星系,在曩昔5年里,咱们才证明了这可黑袜帅哥以做到。”Springel说。

推翻定论

Hopkins还表明,现在的模型显现,和人类相同,星系往往阅历着不同的生命阶段。年轻时,一个星系精力充沛,而一个接一个的兼并,歪曲了它,导致了恒星的构成。在几十亿年后,这个星系开端进入相对安静和安稳的中年时期。之后,它开端变老——这也是银河系正在阅历的改变。可是,Hopkins说到,青春期的狂野和暴力使得任何星系的开展途径都难以猜测。

但模型还远远陈乐荣不行皆藤爱子完美。它们无法接近单个恒星建模。研讨人员只能运用特别的“子网格”规矩描绘一切目标的均匀行为。“这就像你戴着含糊的眼镜企图描绘看不清的图形。安全普惠,打造一个国际,黑色壁纸”以色列耶路撒冷希伯莱大学国际学家Avishai Dekel说。

无论怎样,这些模型现已推翻了一些长期以来的假定。例如,天体物理学家信任,当两个像银河系这样的圆盘星系磕碰并交融时,这个进程张磊会把它们变成一个单一的椭圆星系。可是,这些模型显现,假如它们持有满足的气体,螺旋星系比预期的要坚固。“星系部分幸存并快速康复。”Springel说。Hopkins也以为,这一发现是一个巨大的惊喜。

加州大学圣克鲁斯分校天文学家Sandra Faber说,决议星系巨细的一般解说也被推翻了。天体物理学家以为,星系的巨细是由暗物质光环的旋转决议的,而快速旋转的光环则发生更大、更涣散的星系。但模仿显现不存在这种联络。“咱们现在非常困惑。”Faber说,“那是什么让大星系大,小星系小呢?”

另一方面,安全普惠,打造一个国际,黑色壁纸普林斯顿大学天体物理学家Eve Ost安全普惠,打造一个国际,黑色壁纸riker说,微米手作她巴望协助星系模仿的根底愈加坚实。研讨人员期望将不同巨细标准的成果串在一起,以最大极限地削减对容差系数的需求。Hopkins说:“你想要的是一幅连接缝合在一起的图片。”

终究,一些研讨人员期望经过调查和模仿,能构成针对星系是怎样得到它的形状和特点的一致解说。Fa任丘气候预报ber猜测,一切星系终究都将只经过两个参数——质量和半径被分类和解说。

但许多星系建模者以为,这些信息总是杂乱而不确定的。Springel说,星系的构成或许就像气候相同,由于大自然的无序,它会让准确猜测永久无法完成。他说:“我有点忧虑咱们能了解大局,但永久不了解细节。”在这种情况下,星系模仿的日益实际化或许只会着重国际的根本杂乱性。(唐一尘编译)转载于我国科学网

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