الفلك

بحاجة للمساعدة في نموذج Springel لمحاكاة المجرة

بحاجة للمساعدة في نموذج Springel لمحاكاة المجرة


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أنا أعمل على كود لمحاكاة ديناميات المجرة. تعتمد الشروط الأولية (المواضع والسرعات) على نموذج بهالة داكنة ضخمة وقرص أسي رفيع.

الآن ، من الورقة التالية "ذيول المد والجزر في كوزمولوجيات آلية التنمية النظيفة" ، أقوم بدراسة استجابة ملف تعريف المادة المظلمة.

إليك لقطة من جزء المقالة الذي يحيرني:

أولاً ، لا أفهم كيف يحصل المرء على المعادلة (16) من حقيقة أن الزخم الزاوي لمدارات المادة المظلمة الفردية محفوظ ، أي:

ابدأ {المعادلة} r_ {i} ، M (r_ {i}) = r_ {f} ، M_ {f} (r_ {f}) quad quad text {(eq 16)} end { معادلة}

"حيث $ r_ {i} $ و $ r_ {f} $ هما نصف القطر الأولي والنهائي لبعض أغلفة كتلة المادة المظلمة ، يعطي $ M (r) $ ملف تعريف كتلة NFW الأولي ، و $ M_ {f} (r) $ هو ملف تعريف الكتلة التراكمي النهائي بعد تكوين القرص. "

السؤال 1) هل (المعادلة 16) حصلت عليها نظرية الزخم؟ ($ dfrac { text {d} vec {L}} { text {d} t} = vec {OM} times vec {F} $)

وكيف نثبتها أي ما هو البرهان الذي نحصل عليه (المعادلة 16)؟

لا أفهم الفرق بين $ M (r) $ و $ M_ {f} (r) $.

بعد ذلك ، يُقال إن $ M_ {f} (r) $ هو مجموع الكتلة التراكمية للقرص والكتلة المظلمة داخل نصف القطر الأولي ويكتب المؤلف (المعادلة 17 على الورق) :

تبدأ {المعادلة} M_ {f} ، (r_ {f}) = M_ {d} ، (r_ {f}) + (1 - m_ {d}) ، M (r_ {i}) رباعي رباعي نص {(مكافئ 17)} نهاية {المعادلة}

أرغب في ربط هذه المعادلة بالكتلة الكلية للمجرة والتي يمكن كتابتها (حسب رأيي) على النحو التالي:

تبدأ {المعادلة} M_ {المجموع} ، (r) = M_ {د} ، (r) + M_ {DM} ، (r) = m_ {d} ، M_ {DM} ، (r) + M_ {DM} ، (r) = (1 + m_d) ، M_ {DM} ، (r) end {equation}

مع $ m_ {d} النسبة بين كتلة القرص وكتلة الهالة.

السؤال 2) هل يمكنك مساعدتي في ربط الكتلة الكلية بهذه المعادلة (17)؟

بعد المعادلة (18) ، كتب مؤلف الورقة أن الملف الشخصي النهائي $ M_ {h} (r) $ لهالة المادة المظلمة يُعطى بعد ذلك بواسطة:

ابدأ {المعادلة} M_ {h} ، (r) = M_ {f} ، (r) - M_ {d} ، (r) end {equation}

السؤال 3) هل يجب أن أستنتج أن $ M_ {f} ، (r) $ هو إجمالي كتلة المجرة (قرص + هالة) كدالة $ r $؟

أي مساعدة ستكون رائعة ،

يعتبر

التحديث 1:

لقد تواصلت مع مؤلف الورقة البحثية "ذيول المد والجزر في علم الكونيات لآلية التنمية النظيفة" ، أي فولكر سبرينجيل وإليك تعليقاته:

السؤال 1 *) الجواب: للتبسيط ، يمكنك اعتبار أن جميع الجسيمات في مدارات دائرية. السرعة الدائرية الأولية للجسيم هي $$ v_i = sqrt {(G M (r_i) / r_i)} $$ ، والأخيرة هي $$ v_f = sqrt {(G M (r_f) / r_f)} $$. العزم الزاوي المقابل هو $$ L_i = m r_i v_i $$ و $$ L_f = m r_f v_f $$. الآن ، الزخم الزاوي هو ثابت ثابت الحرارة عندما يتم ضغط الهالة ببطء ، وبالتالي $$ L_i = L_f $$. ثم تعطي المعادلة الأخيرة eqn (16) عندما يسد المرء السرعات.

السؤال 2 *) "لا أفهم ما هو الفرق بين $ M (r) $ و $ M_f (r) $؟"

إجابه:

$ M_i (r) $ هو ملف تعريف الكتلة التراكمي الأولي و $ M_f (r) $ النهائي.

السؤال 3*)

أود ربط هذه المعادلة بالكتلة الكلية للمجرة والتي يمكن كتابتها على النحو التالي:

$$ M_ {total} (r) = M_d (r) + M_DM (r) = m_d M_DM (r) + M_DM (r) = (1 + m_d) M_DM (r) $$

الإجابة: لا يمكن كتابة هذا إلا للتوزيع الأولي في هذا النموذج ، حيث يكون الافتراض هو أن الكتلة التي ستشكل القرص لاحقًا يتم توزيعها بالتناسب مع المادة المظلمة.

السؤال 4 *) هل يمكنك مساعدتي في ربط الكتلة الكلية بهذه المعادلة (17)؟

بعد المعادلة (18) ، تكتب أن الملف الشخصي الأخير M_ {h} (r) $ لهالة المادة المظلمة يُعطى بعد ذلك بواسطة:

$$ M_h (r) = M_f (r) - M_d (r) $$.

هل يجب أن أستنتج أن M_f (r) هي الكتلة الكلية للمجرة (القرص + الهالة) كدالة لـ r؟ <الإجابة: "نعم".

في الختام ، يمكنني حل سؤالي 1 *) ولكن ليس السؤال 2 *) ولا السؤال 3 *)

هدفي الآن هو توضيح كيفية الحصول على:

$$ تبدأ {المعادلة} M_ {f} ، (r_ {f}) = M_ {d} ، (r_ {f}) + (1 - m_ {d}) ، M (r_ {i}) quad quad text {(eq 17)} end {equation} $$

أي مساعدة لتحقيق هذا مرحب به ، شكرا


لن يحتاج الأجانب إلى محركات أقراص الاعوجاج للسيطرة على مجرة ​​كاملة ، كما تشير المحاكاة

تُظهر محاكاة حاسوبية جديدة أن الحضارة المتقدمة تقنيًا ، حتى عند استخدام السفن البطيئة ، لا يزال بإمكانها استعمار مجرة ​​بأكملها في فترة زمنية متواضعة. يقدم هذا الاكتشاف نموذجًا محتملاً للهجرة بين النجوم وإحساسًا حادًا بالمكان الذي قد نجد فيه ذكاءً فضائيًا.

# 2 سوبر نوفا 74

إن رأيي المثير للاهتمام هو أنه لا يوجد جهاز كمبيوتر من صنع الإنسان لا يستطيع حتى فهم تقدم تكنولوجيا Alein بشكل يتجاوز فهمنا!؟ لأننا لن نعرف مثل معظم الموضوعات ذات الصلة المرتبطة بالفيزياء الفلكية والعلوم في علم الجينات ، وكلها تستند إلى النظريات والتكهنات حتى الآن ثبت خلاف ذلك. أعتقد أيضًا أنه يذهب أيضًا إلى السفر بين النجوم من حضارة متقدمة تتجاوز خيالنا بعيدًا عن متناول اليد.

حرره Supernova74 ، 15 يونيو 2021-4: 21 مساءً.

# 3 spacemunkee

خمن أن هذا يعتمد على ما يعتبره المرء مقدارًا متواضعًا من الوقت.

ولماذا يستعمرون في منتصف المجرة؟ ألا يعلمون بوجود ثقب أسود هناك ؟!

# 4 مصور 18

سيكون من الممكن أن تحظى المجرة بشعبية منذ آلاف السنين باستخدام سفن NAFAL (هذا مصطلح خيال علمي ، ليس سريعًا كالضوء ، أسهل قولًا من STL ، أبطأ من الضوء). ولكنه سيعتمد على عدد من العوامل مثل واحد تلو الآخر وإعادة إطلاقه من الكوكب الجديد ، ونهج البندقية في البداية ، وسفن المستعمرات التي تبذر الكواكب أثناء مرورها ، وما إلى ذلك. ولكن الاضطرار إلى إعادة تشكيل كوكب من شأنه أن يبطئه لأن بناء صناعة ترتاد الفضاء من نقطة الصفر على كوكب جديد من شأنه أن يبطئها كثيرًا. ثم هناك سيناريو يوم القيامة حيث تتعثر في سباق مع FTL (انظر رواية كريس رولي The Starhammer ، إحدى الروايات التي شكلت فكرة الكون HALO).

# 5 bobzeq25

بالتأكيد. كل ما يحتاجونه هو _ سبب _ للاستعمار. إذا كانوا متقدمين ، فمن المحتمل (أقول بالتأكيد) أن لديهم طرقًا أسهل بكثير وأقل إزعاجًا لتلبية احتياجاتهم.

فكرة خروج المجتمعات المتقدمة وتشن الحرب والنهب ، تقول عنا أكثر مما تقدم رؤى مفيدة حول ما يمكن أن تفعله.

نحن غير أكفاء للغاية ، ولدينا بدائل أقل. أو ربما تفتقر إلى الخيال. أو الأخلاق.

حرره bobzeq25 ، 15 حزيران (يونيو) 2021 - 04:42 مساءً.

# 6 أوياجي

تنص المقالة على أن "العملية برمتها ، التي يتم فيها استقرار المجرة الداخلية بأكملها ، تستغرق مليار سنة".

قد تبدو مليار سنة بمثابة مقدار "متواضع" من الوقت لبعض الناس (أو لبعض الأجانب) ، لكنها بالتأكيد لا تبدو "متواضعة" بالنسبة لي. يمكن أن يحدث الكثير من الأخطاء في مليار سنة!

حرره Oyaji ، 15 يونيو 2021 - 05:10 مساءً.

# 7 سوبر نوفا 74

تنص المقالة على أن "العملية برمتها ، التي يتم فيها استقرار المجرة الداخلية بأكملها ، تستغرق مليار سنة".

قد تبدو مليار سنة بمثابة مقدار "متواضع" من الوقت لبعض الناس (أو لبعض الأجانب) ، لكنها بالتأكيد لا تبدو "متواضعة" بالنسبة لي. يمكن أن يحدث الكثير من الخطأ في مليار سنة!

تنص المقالة على أن "العملية برمتها ، التي يتم فيها استقرار المجرة الداخلية بأكملها ، تستغرق مليار سنة".

قد تبدو مليار سنة بمثابة مقدار "متواضع" من الوقت لبعض الناس (أو لبعض الأجانب) ، لكنها بالتأكيد لا تبدو "متواضعة" بالنسبة لي. يمكن أن يحدث الكثير من الخطأ في مليار سنة!

نعم ، أعتقد أن الأمر استغرق هذا الوقت تقريبًا لفرز خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي !؟

# 8 ديف ميتسكي

إن الفكرة القائلة بأن نوعًا واحدًا يمكن أن توجد لمليار سنة هي أكثر مما يمكنني قبوله.

# 9 bobzeq25

إن الفكرة القائلة بأن نوعًا واحدًا يمكن أن توجد لمليار سنة هي أكثر مما يمكنني قبوله.

مرة أخرى ، قد يعتمد ذلك على ميلنا إلى تدمير الذات.

# 10 كيث ريفيتش

مرة أخرى ، قد يعتمد ذلك على ميلنا إلى تدمير الذات.

لن يكون تدميرًا ذاتيًا بقدر ما سيكون كوارث طبيعية. تزداد احتمالية وقوع حادث قتل كوكب عند الحديث عن مليار سنة. في الواقع ، يجب أن يكونوا كبارًا في السن جدًا لتبدأ حتى لإطلاق مشروع مليار سنة لاستعمار مجرة.

# 11 bobzeq25

لن يكون تدميرًا ذاتيًا بقدر ما سيكون كوارث طبيعية. تزداد احتمالية وقوع حادث قتل كوكب عند الحديث عن مليار سنة. في الواقع ، يجب أن يكونوا كبارًا في السن جدًا لتبدأ حتى لإطلاق مشروع مليار سنة لاستعمار مجرة.

بعد مليار سنة ، سيكونون قادرين على التعامل مع الكوارث الطبيعية.

يذهلني دائمًا أن الناس يعتقدون أن الكائنات الفضائية التي يمكنها تغطية مسافات تمتد لسنوات ضوئية عديدة سوف تتصرف مثلنا. أو أن لديهم أي مصلحة في زيارتنا (ناهيك عن الغزو). نحن لسنا مثل هذه الأشياء الساخنة. & ltgrin & GT

سيكونون أفضل كثيرًا / أكثر كفاءة في أشياء مثل تصميم مجتمع. فهم الكون. وعلى وعلى. الاتصال سيكون بلا شك صعبا. يلمح فيلم "الوصول" إلى هذا ، على الرغم من وجود العديد من المشكلات. أكبرها هو التوتر الدراماتيكي بشأن التهديد الذي نقدمه لهم. كما لو. & ltsmile & GT

عندما يتعلق الأمر بالفضائيين ، فإن خيالنا غير ملائم على الإطلاق.

حرره bobzeq25 ، 15 حزيران (يونيو) 2021 - 10:20 مساءً.

# 12 كيث ريفيتش

بعد مليار سنة ، سيكونون قادرين على التعامل مع الكوارث الطبيعية.

يذهلني دائمًا أن الناس يعتقدون أن الكائنات الفضائية التي يمكنها تغطية مسافات تمتد لسنوات ضوئية عديدة سوف تتصرف مثلنا. أو أن لديهم أي مصلحة في زيارتنا (ناهيك عن الغزو). نحن لسنا مثل هذه الأشياء الساخنة. & ltgrin & GT

لا بد لي من الاختلاف. لقد حللنا فيزياء الكم والنسبية. مكونان رئيسيان للسفر عبر الفضاء. فقط في انتظار التكنولوجيا للحاق بالركب. هذا يجعلنا مميزين جدا

# 13 bobzeq25

لا بد لي من الاختلاف. لقد حللنا فيزياء الكم والنسبية. مكونان رئيسيان للسفر عبر الفضاء. فقط في انتظار التكنولوجيا للحاق بالركب. هذا يجعلنا مميزين جدا

اغنية جيدة. "كانت الشمس تدور حول الأرض ذات مرة. مما ساعد الناس على طمأنة الناس بأنهم مركز الكون."

لقد أزال التصوير الفلكي ودراسة علم الكونيات فكرة أننا مميزون بالنسبة لي.

# 14 أوياجي

# 15 Alex65

تُظهر محاكاة حاسوبية جديدة أن الحضارة المتقدمة تقنيًا ، حتى عند استخدام السفن البطيئة ، لا يزال بإمكانها استعمار مجرة ​​بأكملها في فترة زمنية متواضعة. يقدم هذا الاكتشاف نموذجًا محتملاً للهجرة بين النجوم وإحساسًا حادًا بالمكان الذي قد نجد فيه ذكاءً فضائيًا.

https://www.msn.com/. ocid = entnewsntp

أتذكر مشاهدة كارل ساجان على كوزموس ، منذ العمر ، وهو يتحدث عن نفس الشيء. كان في مثاله نوعان من الكائنات الفضائية أقاموا شراكة لاستعمار المجرة بأكملها.

# 16 DSOGabe

خمن أن هذا يعتمد على ما يعتبره المرء مقدارًا متواضعًا من الوقت.

ولماذا يستعمرون في منتصف المجرة؟ ألا يعلمون بوجود ثقب أسود هناك ؟!

أتذكر دراسة من سنوات مضت تفيد بأن موقعًا مشابهًا لموقعنا في مجرة ​​هو أفضل مكان لوجود نظام شمسي به حياة. القرب من قلب المجرة يخلق خطرًا أكبر للتدخل الإشعاعي مع صعود الحياة. بالإضافة إلى ذلك ، بالقرب من المركز ، فإن قرب النجوم من بعضها البعض يمكن أن يعطل مدارات الكواكب. إن التواجد في ضواحي المجرة هو أفضل مكان.

أتخيل أنه إذا تمكن البشر من إدراك شيء من هذا القبيل ، فعندئذ يمكن لأي نوع أكثر تقدمًا أيضًا بافتراض أن مقدمة تلك الدراسة دقيقة.

# 17 أوياجي

بالمناسبة ، بالصدفة ، صادفت هذا المقال اليوم حول "القنوات" على سطح المريخ وخرائط تلك القنوات التي رسمها بعض أبرز علماء الفلك في عصرهم.

إنها حكاية تحذيرية حول الأماكن الغريبة التي يمكن أن نقود إليها بالتفكير بالتمني حول الحياة خارج كوكب الأرض - ومن خلال "اتباع العلم" بشكل انعكاسي.

حرره Oyaji ، 16 يونيو 2021 - 02:18 مساءً.

# 18 كيث ريفيتش

اغنية جيدة. "كانت الشمس تدور حول الأرض ذات مرة. مما ساعد الناس على طمأنة الناس بأنهم مركز الكون."

https://www.YouTube. ح؟ v = qaw_8ssCeCk

لقد أزال التصوير الفلكي ودراسة علم الكونيات فكرة أننا مميزون بالنسبة لي.

ليس خاصًا بطريقة خاصة ، إنه فقط أننا قادرون على فهم ، أو العمل من أجل فهم ، ما يحاولون تحقيقه. وكان العلم يصل إلى أهدافهم.

# 19 FirstSight

يذهلني دائمًا أن الناس يعتقدون أن الكائنات الفضائية التي يمكنها تغطية مسافات تمتد لسنوات ضوئية عديدة سوف تتصرف مثلنا. أو أن لديهم أي مصلحة في زيارتنا (ناهيك عن الغزو). نحن لسنا مثل هذه الأشياء الساخنة. & ltgrin & GT

OTOH قد يكونون مهتمين إذا اتضح أن الأرض لديها إمدادات وفيرة من بعض المواد ذات الأهمية الكبيرة للحضارة الغريبة التي تقترب من حالة unobtainium مرة أخرى في نظامهم الشمسي الأصلي. يمكن أن تتحول هذه المادة إلى شيء نعتبره بأنفسنا غير ملحوظ لأننا لم نتقدم تقنيًا بما يكفي لفهم فائدتها المحتملة بخلاف عدد قليل من الاستخدامات الرتيبة التي لا تستفيد من أي شيء غير معروف (بالنسبة لنا).

# 20 ريكاردو

OTOH قد يكونون مهتمين إذا اتضح أن الأرض لديها إمدادات وفيرة من بعض المواد ذات الأهمية الكبيرة للحضارة الغريبة التي تقترب من حالة unobtainium مرة أخرى في نظامهم الشمسي الأصلي. يمكن أن تتحول هذه المادة إلى شيء نعتبره بأنفسنا غير ملحوظ لأننا لم نتقدم تقنيًا بما يكفي لفهم فائدتها المحتملة بخلاف عدد قليل من الاستخدامات الرتيبة التي لا تستفيد من أي شيء غير معروف (بالنسبة لنا).

ما لم يكن الحمض النووي البشري ، فإن معظم الأشياء الموجودة على كوكبنا تكون أكثر وفرة في النظام الشمسي الموجود في المذنبات أو الكويكبات.

# 21 كتاز

عادة لا أعض على هذه الأنواع من المناقشات ، لكن. أعطني جهاز كمبيوتر ويمكنني أن أجعله يبصق أي شيء تقريبًا. GIGO.

هذه المناقشة بأكملها ، بالإضافة إلى محاكاة الكمبيوتر السخيفة ، تستند إلى الآراء المنحازة تمامًا للإنسان العاقل المتقدم. تعني كلمة "متقدم" أننا في الأساس قرود ببدلات أفضل.

منذ أكثر من 500 عام بقليل ، اكتشفت البشرية أن الأرض لم تكن مركز الكون. بغض النظر عن هذا الاكتشاف ، فإن البشرية اليوم لا يزال يعتقد أنهم مركز الكون.

لكن ها نحن ، بعد 500 سنة قصيرة ، قررنا أننا نفهم ما يكفي لاستقراء ما يمكن أن يفعله كائن فضائي في حوالي مليار سنة.

الشيء الوحيد الذي تطور بشكل كبير باعتباره فرعًا مباشرًا من دماغنا الفريد الذي يدرك ذاته هو الغطرسة المتأصلة لدينا.

# 22 InterStellarGuy

تُظهر محاكاة حاسوبية جديدة أن الحضارة المتقدمة تقنيًا ، حتى عند استخدام السفن البطيئة ، لا يزال بإمكانها استعمار مجرة ​​بأكملها في فترة زمنية متواضعة. يقدم هذا الاكتشاف نموذجًا محتملاً للهجرة بين النجوم وإحساسًا حادًا بالمكان الذي قد نجد فيه ذكاءً فضائيًا.

https://www.msn.com/. ocid = entnewsntp

"ولهذا السبب أميل إلى تجاهل المسافات باعتبارها متغيرًا مهمًا عند مناقشة مفارقة فيرمي - وهي الملاحظة التي لم نر حتى الآن أي دليل على وجود ذكاء فضائي ، على الرغم من أنه من المحتمل أن يكون لدينا."

أرى هذا مرتبطًا بمفارقة فيرمي وأسأل ، ماذا كان يجب أن نرى؟ لا نمتلك حاليًا التكنولوجيا لتقييم ما إذا كان النظام النجمي مأهولًا أم لا عن بُعد. على الرغم من كل ما نعرفه ، يمكن أن تكون Alpha Centauri موطنًا لسباق من الفضائيين الأذكياء وفي مستوانا الحالي ، لن نعرف أبدًا.

الأداة الوحيدة التي نمتلكها حقًا هي SETI ، والتي تعتمد على إرسال الكائنات الفضائية إشارة لاسلكية ضيقة النطاق بطاقة عالية وتردد معين علينا - يجب أن تستهدفنا عمدًا ، أو وجهة نتماشى معها. لهم.

إذا كان لكل نجم في غضون 20 سنة ضوئية جنسًا فضائيًا ذكيًا يعيش على كوكب في نظامه ، فلن يكون لدينا طريقة لمعرفة ذلك ، إلا إذا جاءوا هم أنفسهم إلينا.


القواعد الأساسية

في عالم الخيال العلمي البعيد ، يمكن لحضارة فائقة التقدم خارج كوكب الأرض أن تدمر الأرض وتدعي المجرة في غمضة عين. لكن العلماء أرادوا أن يرتكز نموذجهم لغزو المجرات إلى حد ما على الواقع ، لذا فقد فرضوا قيودًا تكنولوجية تعكس سيناريو أكثر تصديقًا. وهذا يعني أن محركات الاعوجاج قد توقفت ، وأن حضارات الكواكب تموت بمرور الوقت ، وأن المركبات الفضائية تسافر بأسرع سرعات يمكننا تحقيقها اليوم بتقنيتنا الخاصة.

الإعلانات

الإعلانات

قال المؤلف المشارك للدراسة وعالم الفيزياء الفلكية في ولاية بنسلفانيا جيسون رايت: "هذا يعني أننا لا نتحدث عن الأنواع التي تتوسع بسرعة أو بقوة ، ولا يوجد دافع للانفتال أو أي شيء" جزمودو. "هناك فقط سفن تقوم بأشياء يمكننا فعلاً فعلها بشيء مثل التكنولوجيا التي يمكننا تصميمها اليوم ، ربما سفن سريعة باستخدام أشرعة شمسية مدعومة بأشعة الليزر العملاقة ، أو مجرد سفن طويلة العمر يمكنها القيام برحلات مدتها 100000 عام على متن السفن العادية. الصواريخ ومقلاع الجاذبية من الكواكب العملاقة ".

لكنهم سيظلون يحصلون على بعض المساعدة - حتى لو كانت الكائنات الفضائية مقيدة بقواعد قديمة مملة مثل سرعة الضوء ، فإن حركة المجرة نفسها ستمنحهم دفعة صغيرة في رحلتهم.


الحوسبة الكونية: محاكاة الكون.

لكي ترى النور ، عليك أحيانًا أن تسافر عبر الظلام. يبدو أن هذا القول المأثور لا ينطبق فقط على رحلات القلب ولكن أيضًا على الرحلات عبر تاريخ الكون. في أكبر محاكاة حاسوبية وأكثرها تفصيلاً لهذه الملحمة الكونية ، يقوم شيء مظلم تمامًا بتشكيل الكون وهو يتكشف على مدار حوالي 13.7 مليار سنة.

تتبع تلك المحاكاة الجديدة مصير مخزون الكون الأصلي من الطاقة والمادة من بضع مئات الآلاف من السنين بعد الانفجار العظيم وحتى الوقت الحاضر.

لفهم ترتيب المجرات المضاءة بالنجوم والكوازارات اللامعة عبر السماء ، اعتمد فولكر سبرينجيل من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في جارشينج بألمانيا وزملاؤه في عملهم على المادة المظلمة. هذه المادة غير المرئية مسؤولة عن أكثر من 90٪ من الجاذبية داخل الكون.

على الرغم من أن لا أحد يعرف ما هي المادة المظلمة ، إلا أن الباحثين يشكون في أنها مسؤولة عن جذب المجرات والعناقيد المجرية إلى الهياكل الخيطية العملاقة التي نراها في السماء اليوم. نظرًا لأن المادة المظلمة لا يبدو أنها تتفاعل مع أي قوة أخرى غير الجاذبية ، فمن السهل نسبيًا تصميمها. قام فريق Springel ببناء 10 مليارات كتلة من المواد في محاكاته.

وضع المصممون على هذه اللوحة من المادة المظلمة تقريبًا تقريبيًا لبعض التفاعلات الفوضوية والمعقدة بين المجرات ، مثل اندلاع انفجارات المستعرات الأعظمية ومسارات الرياح القوية بين المجرات. مع ذلك ، يمكن للباحثين استكشاف كيف تطورت الهياكل الأكبر في الكون - غير المرئية مثل المادة المظلمة والأخرى المرئية مثل المجرات - على مدى مليارات السنين.

كما هو موضح في 2 يونيو نيتشر ، يؤكد النموذج النتائج الأخيرة التي تفيد بأن تمدد الكون قد تسارع. كما يقترح سيناريو للنمو السريع المثير للدهشة للثقوب السوداء الهائلة - المحطات القوية التي تغذي الكوازارات - في وقت مبكر من تاريخ الكون.

يعلق نيكولاي جيندين من جامعة كولورادو في بولدر بأن العمل الجديد "يعطينا أكثر التنبؤات النظرية تفصيلا ودقة حتى الآن عن خصائص المجرات منذ فجر الزمن الكوني وحتى يومنا هذا".

RETROFIT في نموذجهم ، المعروف باسم محاكاة الألفية ، يتتبع سبرينجل ومعاونوه التاريخ الكوني في مكعب يزيد عن ملياري سنة ضوئية على جانبه. هذا كبير بما يكفي لتصوير تشكيل حوالي 20 مليون مجرة ​​إلى جانب الثقوب السوداء النادرة فائقة الكتلة.

صورت محاكاة سابقة للمادة المظلمة من قبل نفس المجموعة من الباحثين حجمًا أصغر للكون وركزت على أكبر أجسامه المرئية ، غبار المجرات العملاق (SN: 5/29/99 ، ص 344). تضمنت تلك المحاكاة عُشر عدد كتل المادة المظلمة كما هو الحال في النسخة الجديدة.

نظرًا لأن النموذج الجديد يمكن أن يكشف عن ميزات كونية بمقدار واحد على ثلاثين عرضًا لأصغر الميزات الموضحة في المحاكاة السابقة ، يمكن لعلماء الفلك الآن تصوير نمو المجرات الفردية وبالتالي مقارنة النموذج مع ملاحظات التلسكوب الفعلية.

يقول عالم الكونيات ديفيد وينبيرج David Weinberg من جامعة ولاية أوهايو في كولومبوس: "إنه إنجاز تقني مثير للإعجاب". "كان عليهم القيام بالكثير من الأشياء الذكية جدًا حتى يتمكنوا من تنفيذ هذه المحاكاة الكبيرة ، حتى مع موارد الكمبيوتر القوية جدًا المتاحة لهم. لم يكن هذا شيئًا أصبح ممكنًا لأن أجهزة الكمبيوتر تزداد سرعة . "

في الواقع ، لم تكن التحسينات في قوة الحوسبة هي الدافع الرئيسي لصنع النموذج الجديد ، كما يشير جوس إيفرارد من جامعة ميشيغان في آن أربور ، وهو عضو في فريق محاكاة الألفية. كان الباحثون يتفاعلون مع العديد من المسوحات العملاقة للسماء التي أجريت منذ أواخر التسعينيات. مسح Sloan Digital Sky Survey ودراسة الأشعة تحت الحمراء 2-MASS ، من بين أمور أخرى ، رسموا تخطيطًا لتوزيع المجرات والثقوب السوداء وهيكل الكون باتساع وتفاصيل غير مسبوقة.

يقول إيفارد إن التفسيرات النظرية لهيكل الكون واسع النطاق وعمليات المحاكاة كانت متأخرة. ويقول إن بيانات الاستطلاع "دفعتنا حقًا لمحاولة إنشاء محاكاة تتطابق".

يحتاج العلماء إلى معرفة أن نظرياتهم وبياناتهم متوافقة مع بعضها البعض "إذا أردنا استخدام هذه الاستطلاعات بفعالية لمعرفة أصل وطبيعة عالمنا ،" يضيف عضو الفريق سيمون وايت من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية.

يقول سبرينجل إن الدراسة الجديدة ، بتفاصيلها الأكبر بكثير من النماذج السابقة ، "على مستوى مختلف نوعيًا ، مما يسمح بتحليل العديد من الأسئلة المادية التي لا يمكن معالجتها بشكل جيد باستخدام عمليات المحاكاة السابقة". من بين تلك الأسئلة: لماذا تتشكل المجرات في مكانها ، وما هي العوامل الكامنة وراء ظهور النجوم الزائفة ، التي يمكن أن تتألق مع ضوء تريليونات الشمس؟

الحصول على تفاصيل تتطلب المحاكاة أحد أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم وتتألف من 25 مليون ميغابايت من البيانات - ما يكفي لملء حوالي 36000 قرص مضغوط.

يفترض النموذج أن البنية بدأت في الكون على شكل تموجات دون ذرية عشوائية في كثافة حساء منتظم من المواد والإشعاع. لاحظت التلسكوبات الراديوية مثل هذه التموجات في لقطات من الكون المبكر.

تتنبأ المحاكاة بأن آثار هذه التموجات مطبوعة على توزيع المجرات في العصر الحديث كما يظهر في مسوحات التلسكوب الكبيرة. في وقت سابق من هذا العام ، أفاد فريقان من علماء الفلك أنهم قد رصدوا بالفعل أصداء مثل هذه التموجات في الكون اليوم (SN: 1/15/05 ، ص 35). تشير الأدلة إلى أنه على مدى مليارات السنين ، ضاعفت الجاذبية التموجات لتنتج عناقيد المجرات التي نراها اليوم.

يتنبأ نموذج الألفية بأن المجرات تبدأ صغيرة ثم تنمو عن طريق التقاط المزيد من المواد بالجاذبية. هذه الوصفة التصاعدية ، أو الهرمية ، لبناء المجرات تتوافق مع العديد من السمات المقاسة مباشرة للمجرات ، بما في ذلك لونها ، وسطوعها ، وميولها العنقودية.

يقول سبرينجل: "لا يسعني إلا أن أذهل أن الصورة الكاملة لتشكيل المجرات الهرمي القائم على كون المادة المظلمة تعمل بشكل جيد".

بالإضافة إلى التحقيق في تكوين المجرات ، تسعى المحاكاة إلى اختبار رؤية مذهلة للكون. منذ أواخر التسعينيات ، جمع الباحثون أدلة على أن 70٪ من الكون يتكون حاليًا من كيان أكثر غموضًا من المادة المظلمة. يوفر حقل القوة المقترح ، الذي يُطلق عليه اسم الطاقة المظلمة ، دفعة كونية يمكن أن تفسر التسارع الظاهري في تمدد الكون.

أكدت محاكاة الألفية هذا الرأي ، جنبًا إلى جنب مع الاقتراح القائل بأن المادة المظلمة والمادة العادية تمثلان حوالي 25 بالمائة و 5 بالمائة من كتلة الكون ، على التوالي.

لكن المحاكاة تسمح أيضًا للمنظرين باختبار أوصاف بديلة للكون. "يمكنك إحضار القواعد الخاصة بك إلى صندوق الحماية ومعرفة مدى نجاحها في إعادة إنتاج تطور المجرات" ، يلاحظ إيفرار.

يقول واينبرغ إن القيام بذلك بدقة يتطلب أوصافًا رياضية كاملة لتشكيل النجوم وتفاعلات المجرات. ويضيف: "لكن يمكنك إحراز تقدم كبير من خلال تثبيت وصفات [الفريق التقريبية] في محاكاة المادة المظلمة".

أو ربما أفضل من خلال التمسك بالبيانات من الملاحظات المباشرة. على مدى السنوات الأربع الماضية ، وجد مسح Sloan Digital Sky Survey العديد من الكوازارات القديمة التي تتوهج بتألق فائق. لكي تكون الكوازارات ساطعة في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون ، يجب أن تكون الثقوب السوداء التي تغذيها أكبر بمليار مرة من كتلة الشمس في وقت كان عمر الكون فيه 870 مليون سنة فقط ، أي أقل من عُشر. عصرها الحالي.

"اعتقد العديد من علماء الفلك أنه من المستحيل التوفيق بين النمو التدريجي للهيكل الذي تنبأت به صورة المادة المظلمة القياسية ،" يلاحظ سبرينجل.

عندما ألقى هو وزملاؤه نظرة فاحصة على ما يشير إليه نموذجهم عن الكون الفتى ، وجدوا مؤشرات على أن عددًا قليلاً من الثقوب السوداء الضخمة يمكن أن تكون بالفعل في وقت مبكر بما يكفي لتفسير الكوازارات النادرة. تشير المحاكاة إلى أن الثقوب السوداء نمت بمعدل متسارع في المناطق الكثيفة بشكل غير معتاد من الكون المبكر. يشير النموذج أيضًا إلى أن الثقوب السوداء الهائلة الناتجة أصبحت في النهاية جوهر المجرات الضخمة التي تقع في مراكز أكبر مجموعات المجرات في الكون اليوم ، كما يشير إيفارد.

توسيع النموذج بالرغم من أن محاكاة الألفية تؤكد وتوضح النظريات والبيانات الموجودة ، فقد أسفرت عن بعض النتائج غير المتوقعة. استخدم Springel و White و Liang Go من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية النموذج لفحص تجميع هالات المادة المظلمة ، وهي الأغلفة الشاسعة للمواد غير المرئية التي تجذب جاذبيتها المجرات معًا إلى مجموعات.

وجد الفريق أنه من بين الهالات التي لها نفس الكتلة ، فإن تلك التي تشكلت في وقت سابق من تاريخ الكون تتجمع معًا بإحكام أكثر من تلك التي تشكلت لاحقًا. نظرًا لأن توزيع المجرات يحاكي توزيع الهالات ، فإن الاكتشاف يشير إلى أن المجرات تتكتل بإحكام أكثر أو أقل ، اعتمادًا على وقت تشكلها. يشير الاكتشاف ، الذي تم الإبلاغ عنه مؤخرًا على الإنترنت (http://xxx.lanl.gov/astro-ph/0506510) ، إلى أن المجرات القديمة تتجمع بشكل أكثر إحكامًا من المجرات الأصغر.

يتناقض مثل هذا التجمع مع افتراض رئيسي لسيناريو نظري منافس لكيفية ظهور التوزيع الحالي للمجرات ، كما يقول سبرينجل. في هذا النموذج ، تعتمد كثافة المجرات داخل هالة المادة المظلمة فقط على كتلة الهالة.

يقول الباحثون إن أكثر التطبيقات بعيدة المدى لنموذج الألفية لم تأت بعد. "مجموعة البيانات غنية جدًا لدرجة أننا لم نكشف بعد عن كل المفاجآت" ، يلاحظ إيفرار.

يقول وايت ، إن أحد أكبر التحديات المباشرة هو تقاسم الثروة. يخطط الفريق لإتاحة النموذج للجمهور حتى يتمكن جميع علماء الفلك من اختبار نظرياتهم حول تشكل المجرات والكوازارات. مع وجود 25 مليون ميغا بايت من البيانات التي تشكل النموذج ، فهذه ليست مهمة سهلة.

ولكن بحلول نهاية العام ، كما تقول المجموعة ، يجب أن يكون لدى علماء الكونيات في كل مكان نموذج كمبيوتر جديد تمامًا - وبعيد المدى - ليلعبوا به.


الحريق: ردود الفعل في بيئات واقعية

يسعى مشروع FIRE إلى تطوير واستكشاف المحاكاة الكونية لتشكيل المجرات التي تحل بشكل مباشر الوسط البينجمي للمجرات الفردية أثناء التقاط بيئتها الكونية. يهدف FIRE إلى تحسين القدرة التنبؤية لمحاكاة تكوين المجرات من خلال إبلاغ تنفيذ عمليات الدقة الفرعية بنماذج صريحة صغيرة الحجم ، وبالتالي تقليل الاعتماد على معلمات النماذج القابلة للتعديل.

أعلاه: توزيع الغاز على نطاق واسع (يسار) وضوء نجمي وجهاً لوجه (وسط) وضوء نجمي من الحافة (يمين) في محاكاة كونية لمجرة مجرة ​​درب التبانة.

أعلاه: صور وهمية لمجرة أخرى ذات كتلة درب التبانة ، بأطوال موجية مختلفة (يسار) مثل ضوء النجوم المرصود ، وصور الراديو للغاز الجزيئي (CO) ، وصور الأشعة السينية للغاز التاجي الساخن ، وصور الأشعة تحت الحمراء للغبار. إلى اليمين ، نظهر مجرة ​​مماثلة تتعرض لتصادم عنيف وتندمج مع رفيق كتلة أندروميدا. في كل منها ، تظهر عناقيد النجوم الفتية كمناطق زرقاء لامعة ، بينما يؤدي حجب الغاز والغبار الكثيف إلى ظهور الممرات الحمراء / البنية.

تُستخدم محاكاة FIRE لمعالجة مجموعة واسعة من الأسئلة في تكوين المجرات وعلوم الوسط بين المجرات ، بما في ذلك تنظيم نمو المجرات عن طريق & # 8220 التغذية الراجعة ، & # 8221 خصائص التدفقات الداخلة والخارجة للمجرات ، والتحول المورفولوجي للمجرات ، والإخماد تشكل النجوم في المجرات الضخمة والحاجة إلى ردود فعل نواة المجرات النشطة ، وجزء الهروب من الفوتونات المؤينة من المجرات ، وتأثيرات ردود الفعل النجمية على هالات المادة المظلمة.


تشكيل النجوم في تطور المجرة: ربط النماذج العددية بالواقع

المؤلفون: جندين، نيويورك ، جلوفر، S.C.O. ، كلاسين، ر. سبرينجل، الخامس.

المحررين: ريفاز، ص ، جابلونكا، P. ، تايسير، R. ، ماير، L. (محرران)

  • يقدم مقدمة وأحدث نظرة ثاقبة في البحث حول تكوين النجوم في المجرات
  • يصف التقنيات الحسابية العددية الرئيسية المصممة لحل المعادلات التي تحكم موائع الجاذبية الذاتية
  • كتبه علماء بارزون في هذا المجال: نيكولاي جيندين وسيمون جلوفر ورالف كلاسين وفولكر سبرينجيل

شراء هذا الكتاب

  • ردمك 978-3-662-47890-5
  • علامة مائية رقمية وخالية من إدارة الحقوق الرقمية
  • التنسيق المضمن: PDF ، EPUB
  • يمكن استخدام الكتب الإلكترونية على جميع أجهزة القراءة
  • تنزيل فوري للكتب الإلكترونية بعد الشراء
  • ردمك 978-3-662-47889-9
  • شحن مجاني للأفراد في جميع أنحاء العالم
  • يجب على العملاء المؤسسيين التواصل مع مدير حساباتهم
  • عادة ما تكون جاهزة للإرسال في غضون 3 إلى 5 أيام عمل ، إذا كانت متوفرة
  • ردمك 978-3-662-51676-8
  • شحن مجاني للأفراد في جميع أنحاء العالم
  • يجب على العملاء المؤسسيين التواصل مع مدير حساباتهم
  • عادة ما تكون جاهزة للإرسال في غضون 3 إلى 5 أيام عمل ، إذا كانت متوفرة

يحتوي هذا الكتاب على النسخ المفصلة والمحدثة من المحاضرات الأربع والعشرين التي ألقيت في الدورة 43 المتقدمة Saas-Fee. يراجع الكتاب ، الذي كتبه أربعة علماء بارزين في هذا المجال ، العمليات الفيزيائية المتعلقة بتكوين النجوم ، بدءًا من علم الكونيات وصولاً إلى المقاييس المجرية. يقدم وصفًا تفصيليًا للوسط النجمي وعلاقته بتكوين النجوم. ويصف التقنيات الحسابية العددية الرئيسية المصممة لحل المعادلات التي تحكم موائع الجاذبية الذاتية المستخدمة في نمذجة أنظمة المجرة وخارج المجرة. يقدم هذا الكتاب إطارًا فريدًا ضروريًا لتطوير وتحسين تقنيات المحاكاة المصممة لفهم تكوين وتطور المجرات. يتم تقديمها بطريقة يسهل الوصول إليها وتحتوي على حالة المعرفة الحالية للمجال. إنه بمثابة نقطة دخول ومرجع رئيسي للطلاب والباحثين في علم الفلك وعلم الكونيات والفيزياء.

نيك غيندين هو عالم أبحاث في مختبر فيرمي الوطني للمسرعات وأستاذ في جامعة شيكاغو. وهو زميل الجمعية الفيزيائية الأمريكية.
فولكر سبرينغل أستاذ الفيزياء الفلكية النظرية بجامعة هايدلبرغ بألمانيا. يقود مجموعة بحثية في علم الكونيات العددي في معهد هايدلبرغ للدراسات النظرية.
Ralf S. Klessen is professor for theoretical astrophysics at the Center for Astronomy of Heidelberg University. He works on various aspects of stellar birth in the early universe as well as at present days, and he studies the dynamics of the interstellar medium.
Simon Glover is a researcher in the Centre for Astronomy at Heidelberg University. His research focuses on the influence of chemical and radiative processes on the formation of stars and galaxies.

“The handbook ‘Star Formation in Galaxy Evolution: Connecting Numerical Models to Reality’ is an excellent work presenting all aspects of star formation processes. It can be used by beginners, young master and PhD students and experts in this field. The manuscript introduces the basic knowledge in a very understandable way and also presents recent discoveries. This book is a comprehensive handbook for lectures introducing the star formation physics and galaxy evolution.” (Hubert Siejkowski and Alicja Wierzcholska, Pure and Applied Geophysics, Vol. 174, 2017)

“This book contains lectures given by leading scientists in the field of computational astrophysics during the 43rd Saas-Fee Advanced Course. … The authors do an excellent job explaining their individual topics with enough depth to give a good overview, and at the same time avoiding unnecessary repetition between each other. … The content of this book can be highly recommended to graduate students and researchers.” (Sadegh Khochfar, The Observatory, Vol. 136 (1254), October, 2016)


Need help on Springel model for galaxy simulation - Astronomy

Aims: We investigate the influence of ram-pressure stripping on the star formation and the mass distribution in simulated spiral galaxies. Special emphasis is put on the question of where the newly formed stars are located. The stripping radius from the simulation is compared to analytical estimates.
Methods: Disc galaxies are modelled in combined N-body/hydrodynamic simulations (GADGET-2) with prescriptions for cooling, star formation, stellar feedback, and galactic winds. These model galaxies move through a constant density and temperature gas, which has parameters comparable to the intra-cluster medium (ICM) in the outskirts of a galaxy cluster (T = 3 keV ≈ 3.6 × 10 7 K and ρ = 10 -28 g/cm^3). With this numerical setup we analyse the influence of ram-pressure stripping on the star formation rate of the model galaxy.
Results: We find that the star formation rate is significantly enhanced by the ram-pressure effect (up to a factor of 3). Stars form in the compressed central region of the galaxy, as well as in the stripped gas behind the galaxy. Newly formed stars can be found up to hundred kpc behind the disc, forming structures with sizes of roughly 1 kpc in diameter and with masses of up to 10 7 M ☉ . As they do not possess a dark matter halo due to their formation history, we name them “stripped baryonic dwarf” galaxies. We also find that the analytical estimate for the stripping radius from a Gunn & Gott (1972) criterion agrees well with the numerical value from the simulation. Like in former investigations, edge-on systems lose less gas than face-on systems, and the resulting spatial distribution of the gas and the newly formed stars is different.


Carnegie mellon leads international team in conducting most detailed cosmological simulation to date

(NC&T/CMU) Called BHCosmo, the simulation shows that black holes are integral to the structure of the cosmos and may help guide users of future telescopes, showing them what to look for as they aim to locate the earliest cosmic events and untangle the history of the universe.

The research team is led by Carnegie Mellon University and includes scientists from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics and the Max Planck Institute for Astrophysics in Germany. The research is in press with The Astrophysical Journal (http://lanl.arxiv.org/abs/0705.2269).

"Ours is the first simulation to incorporate black hole physics," said Tiziana Di Matteo, a theoretical cosmologist and associate professor of physics at the Mellon College of Science at Carnegie Mellon. "It is very computationally challenging, involving more calculations than any prior similar modeling of the cosmos, and the result offers us the best picture to date of how the cosmos formed."

Di Matteo performed her simulation using the Cray XT3 system at the Pittsburgh Supercomputing Center (PSC), the most powerful "tightly coupled" system available via the National Science Foundation's TeraGrid. Di Matteo's collaborators included J rg Colberg at Carnegie Mellon, Volker Springel and Debora Sijacki at the Max Planck Institute for Astrophysics, and Lars Hernquist at Harvard.

Experimental observations reveal that black holes are important regulators of galaxy formation and, ultimately, the fabric of today's universe, according to Di Matteo. Nevertheless, previous simulations didn't take black holes into account because the computing demand was prohibitive.

At about 6 billion years, the universe has many black holes and a pronounced filamentary structure. (Photo: PSC)
"Including black holes in computer simulations is critical. The galaxies we see today look the way they do because of black hole physics," added Springel, junior research group leader at Max Planck. "We must do simulations to understand the role black holes have played in forming structures of both the early universe and today."

The largest black holes, called supermassive black holes, lie at the center of each galaxy. They can arise initially when the first stars collapse under their own gravity. Surrounded by dense gas in their central locations, they consume surrounding material, both gas and stars, and rapidly grow to become monstrous in size, some with masses a billion times that of our sun. But evidence suggests that supermassive black holes are self-regulators they don't feast forever and they never swallow a whole galaxy, Di Matteo said.

In her cosmic simulation, as in reality, galaxies routinely collide. The supermassive black holes embedded at the center of these galaxies choreograph the dynamics of galaxy collision. The result is a tremendous belch of energy produced as the merging black holes form a luminous state called a quasar.

"Quasar formation really captures when the fun happens in a galaxy," Di Matteo said. "You can only use a simulation to follow a complex, nonlinear history like this to understand how quasars and other cosmic structures come about."

Di Matteo's simulation covered multiple scales of time and space up to 100 million light years. It was impossible to do without a powerful supercomputer. "The XT3 is ideal for this simulation because it has incredibly fast built-in communication," she noted.

Di Matteo set up the simulation's initial conditions to reflect observed cosmic microwave background radiation produced at the birth of the universe. Then she seeded the simulation with a quarter of a billion particles that represented everyday measurable matter. For the simulation, Di Matteo used fluid spheres to represent chunks of matter such as cooling gas. This step was essential so the investigators could calculate all the physical forces on these chunks. She also factored in gravity exerted by dark matter, the unseen material that comprises 90 percent of the universe. Additionally, her calculations accounted for the forces associated with various cosmic phenomena, including cooling gas, growing black holes and exploding stars.

To make the computation possible, the scientists used 2,000 processors the whole system of the parallel Cray XT3 during four weeks of computing time. Even with this vast computing power, special techniques were needed just to be able to compute all the gravitational forces involved. For example, a "tree" was built-up in which nearby cosmic particles lay in the same "branch" and nearby branches were linked. By computing the forces on particles from this entire tree structure, the number of computations required was reduced by a factor of a few million to something manageable.

The results were impressive. Di Matteo's simulation allows a scientist to easily follow the collapse of galaxies. She has also resolved spatial scales that range from structures inside a single galaxy to the filamentary structures that the galaxies inhabit, which are tens of millions of light years long.

"We believe that our work has profound implications for cosmology," Di Matteo said. "We have found that the most massive black holes early on are not the most massive black holes we see today, so simulating the dynamic evolution of these structures is critical to understanding cosmic history. I want us to be bold enough to model the whole universe to scales observed with Sloan Digital Sky Survey (SDSS)." The SDSS is the largest light survey of the cosmos, which has catalogued nearly 100 million galaxies to date.

"With our simulations, we can predict what next-generation telescopes should see as they peer back 13 billion years to the time just after the Big Bang. We should be able to answer whether we are getting the universe right with our simulations and how it evolves as we go back in time," Di Matteo said.

Computing constraints currently hamper future work, but Di Matteo expects to run her next simulations on more powerful computers. She is also working with faculty from Carnegie Mellon's School of Computer Science to develop even faster ways of combining the physics of the very large with the very small in the same calculations using a set of tools called dynamic meshing.


New Project Aims To Improve Galaxy Simulation — And Help Us Understand More About The Universe

Galaxy modelling is complicated, and even more so when different computer models don’t agree on how the factors come together. This makes it hard to understand the nature of our universe. One new project called AGORA (Assembling Galaxies of Resolved Anatomy) aims to resolve the discrepancies and make the results more consistent. Basically, the project aims to compare different codes against each other and also against observations.

“The physics of galaxy formation is extremely complicated, and the range of lengths, masses, and timescales that need to be simulated is immense,” stated Piero Madau, professor of astronomy and astrophysics at the University of California, Santa Cruz and co-chair of the AGORA steering committee.

“You incorporate gravity, solve the equations of hydrodynamics, and include prescriptions for gas cooling, star formation, and energy injection from supernovae into the code. After months of number crunching on a powerful supercomputer, you look at the results and wonder if that is what nature is really doing or if some of the outcomes are actually artifacts of the particular numerical implementation you used.”

This is especially important when it comes to modelling the effect of dark matter on the universe. Since the entity is hard for us to see and therefore to identify, physicists rely on models to make predictions about its effect on galaxies and other forms of more ordinary matter.

Nine codes, nine galaxy formation scenarios: this is the sort of problem that AGORA is devoting itself to resolving by comparing different supercomputer simulations.
Credit: Simulations performed by Samuel Leitner (ART-II), Ji-hoon Kim (ENZO), Oliver Hahn (GADGET-2- CFS), Keita Todoroki (GADGET-3), Alexander Hobbs (GADGET-3-CFS and GADGET-3-AFS), Sijing Shen (GASOLINE), Michael Kuhlen (PKDGRAV-2), and Romain Teyssier (RAMSES)

“One big challenge, however, has been numerically modeling astrophysical processes over the vast range of size scales in the Universe. Supercomputer simulations are designed with three different size scales relevant to three different phenomena: star formation, galaxy formation, and the large scale structure of the universe,” stated the University of California High-Performance Astrocomputing Center.

This means that models of stars coming to be inside of galaxies have one scale of resolution — enough to look at what the gas and dust is made of, for example — but when looking at the entire universe, the computer is more limited to looking at “simple gravitational interactions of dark matter”, the university added. Of course, the more resolution you can get in a computer model, the better — especially because star formation is affected by processes such as how galaxies interact with surrounding gas.

AGORA’s will first aim to “model a realistic isolated disk galaxy” UCSC states, and then compare the codes used to see what they come up with. You can read more about the project’s aims at this Arxiv pre-print paper (led by the University of California, Santa Cruz’s Ji-hoon Kim) or on the AGORA website.


The Supernova's Secrets Cracked at Last?

Hank Childs / Lawrence Berkeley National Laboratory

متعلق ب

Most stars end their lives in a whimper — our own sun will almost certainly be one of them — but the most massive stars go out with an impressive bang. When that happens, creating what's known as a Type II supernova, the associated blast of energy is so brilliant that it can briefly outshine an entire galaxy, give birth to ultra-dense neutron stars or black holes, and forge atoms so heavy that even the Big Bang wasn't powerful enough to create them. If supernovas didn't exist, neither would gold, silver, platinum or uranium. The last time a supernova went off close enough to earth to be visible without a telescope, back in 1987, it made the cover of TIME.

Given the Type II supernovas' cosmic importance, you might think astronomers would have figured out how they work — and in a general way, they have. But when it comes to the most critical few moments of the detonation process, says Princeton theorist Adam Burrows, you'd be wrong. "We've been working on this for about 50 years," he explains, "but every time we think we've nailed it, the answer turns out to be ambiguous or wrong." (There's an entirely different kind of a supernova by the way, called a Type I, which astronomers don't fully understand either, but that's a different story.)

Thanks to a new, powerful supercomputer simulation, though, reported in the current مجلة الفيزياء الفلكية, Burrows and a group of colleagues at Princeton and Lawrence Berkeley National Laboratory, in California, are convinced they're getting closer. "We're not there yet," he says, "but victory is in sight." (See pictures of earth from space.)

To understand what Burrows, lead author Jason Nordhaus and the others have done, you first have to understand the most basic fact about a star, which is that it's essentially a thermonuclear reaction — an H-bomb — held in place by its own powerful gravity, which goes on for many billions of years. The nuclear furnace in a star's core welds atoms together, transforming hydrogen into slightly heavier helium. In very massive stars, the helium is forged, in turn, into carbon and oxygen and on up the periodic table until the star's core has been transformed into iron.

That's the end of the road. Nuclear fusion stops, and without the enormous energy generated by that process, the core caves in on itself. "It's as if the earth had suddenly collapsed to the size of New York City," Burrows told TIME in 1987. "At this point the rest of the star is oblivious. It doesn't know the core has collapsed and that it's doomed." (See the top 50 space moments since Sputnik.)

But the rest of the star soon learns. Like Wile E. Coyote standing in thin air above a deep canyon, it pauses — then plummets. When the outer layers slam into the collapsed core, the impact generates a massive shock wave of matter, blasting outward. And here's where astrophysicists' ignorance sets in. Powerful as it is, this shock wave alone isn't energetic enough to create the blinding flash of a supernova. Something must be supplying the shock wave with extra power. And that something, theorists have long believed, comes from a blast of subatomic neutrinos, generated in the heat and pressure of the core collapse. The neutrinos slam into the shock wave and that provides the turbocharge.

Here's the problem: neutrinos are so ethereal that only they pass right through the shock wave without sufficiently perturbing it. And in the most sophisticated computer simulations to date, which render supernovas in two dimensions (that is, using a flat circle to represent a spherical star) the amount they transferred simply wasn't sufficient.

But the new simulation by Nordhaus, Burrows and the others renders a star in 3-D. That makes things look different. "Over the past decade and a half," says Burrows, "we've learned that [shock waves] have all sorts of instabilities." In other words, they churn, and this simulation lets the scientists examine the effect of that churning in detail. It appears that the instabilities give neutrinos more of a chance to mingle with the matter in the shock wave and transfer enough of their considerable energy to create the signature flash that can be seen halfway across the universe. (See pictures of Saturn.)

This still doesn't explain the process fully, Burrows notes. "We still need to model the neutrino physics better," he says — a step so complicated that it will require tens to hundreds of times more computer power than the scientists currently have available. Once they get there, theorists could finally end up explaining just about everything supernova-related, from the birth of neutron stars and black holes to the creation of heavy elements, in detail.

"We'll do the physics better," says Burrows. "But that won't change this effect." What it will change is our knowledge base, which will finally include an explanation of what may be the most extraordinary phenomenon known to science.


شاهد الفيديو: AI MARKETING حل مشكلة بايير! والبديل (شهر نوفمبر 2022).