Skip to content
Home » De ‘ontbrekende fysica’ van stellaire feedback gebruiken om sterrenstelsels van de oerknal tot vandaag nauwkeurig te simuleren

De ‘ontbrekende fysica’ van stellaire feedback gebruiken om sterrenstelsels van de oerknal tot vandaag nauwkeurig te simuleren

    De 'ontbrekende fysica' van stellaire feedback gebruiken om sterrenstelsels van de oerknal tot vandaag nauwkeurig te simuleren

    Voor het eerst zijn astronomen in staat om sterrenstelsels nauwkeurig te simuleren van kort na de oerknal tot vandaag door een realistische behandeling op te nemen van de effecten die sterren hebben op hun gaststelsels.

    De afgelopen decennia hebben astronomen sterrenstelsels gesimuleerd door de fysieke basisingrediënten – zwaartekracht, gaschemie en de evolutie van het universum – in hun modellen te mengen.

    Jarenlang hebben hun simulaties aangetoond dat gas snel afkoelt en naar het centrum van de melkweg valt. Uiteindelijk vormt al het gas sterren. Maar observaties tonen aan dat slechts “10 procent van het gas in het universum dit ook daadwerkelijk doet”, CalTech-astronoom Dr. Philip Hopkins legde het uit. “En in zeer kleine of zeer grote sterrenstelsels kan het aantal dalen tot ver onder een procent.”

    Verwijder alle advertenties op Universe vandaag

    Word lid van onze Patreon voor slechts $ 3!

    Geniet van de advertentievrije ervaring voor het leven

    Modellen van sterrenstelsels creëren veel te veel sterren en wegen daardoor uiteindelijk meer dan echte sterrenstelsels in het waarneembare heelal. Maar in theorie is de oplossing eenvoudig: de ontbrekende fysica is een proces dat bekend staat als stellaire feedback.

    Daarvoor moeten astronomen kijken naar hoe sterren helpen bij het vormgeven van de evolutie van de sterrenstelsels waarin ze zich bevinden. En wat ze hebben ontdekt, is dat sterren hun omgeving drastisch beïnvloeden.

    Als sterren erg jong zijn, zijn ze extreem heet en stoten ze een grote hoeveelheid straling de ruimte in. Deze straling warmt op en drukt op het nabije interstellaire gas. Later duwen sterrenwinden – deeltjes die van het oppervlak van sterren stromen – ook op het gas, waardoor de vorming van nabije sterren verder wordt verstoord. Ten slotte kunnen explosies als supernova het gas tot bijna sonische snelheden duwen.

    Hoewel astronomen de ontbrekende fysica al geruime tijd begrijpen, zijn ze er niet in geslaagd om het met succes op te nemen a priori in hun modellen. Ondanks hun inspanningen hebben hun gesimuleerde sterrenstelsels altijd meer gewogen dan waargenomen sterrenstelsels werkelijk wegen.

    Het begrijpen van de ontbrekende fysica is een heel andere vraag dan de ontbrekende fysica rechtstreeks in hun modellen kunnen opnemen.

    In plaats daarvan maakten astronomen grote veronderstellingen op basis van hoe sterrenstelsels eruit zouden moeten zien. Op een bepaald moment in hun simulaties moesten ze met de hand naar binnen gaan en bepaalde parameters afstemmen. Ze zouden zoveel gas kwijtraken totdat de resultaten ongeveer overeenkwamen met de sterrenstelsels die we waarnemen.

    “Kortom, zij (astronomen) zeiden: ‘we hebben wind nodig om de waarnemingen te verklaren, dus we gaan die winden met de hand in onze modellen invoegen en de parameters aanpassen totdat het lijkt op wat er wordt waargenomen'”, vertelde Hopkins. Universum vandaag.

    Destijds was het beste wat astronomen konden doen om hun modellen op deze manier af te stemmen en hun modellen hielpen ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels te verbeteren. Maar Hopkins en een team van astronomen uit heel Noord-Amerika hebben een manier gevonden om de ontbrekende fysica – stellaire feedback – rechtstreeks in hun modellen op te nemen.

    Het onderzoeksteam maakt simulaties die expliciet putten uit stellaire feedback. Het FIRE-project (Feedback in Realistische Omgevingen) is een meerjarige, multi-institutionele inspanning.

    Hoewel het geen gemakkelijke taak was, hebben ze de nodige, en ik durf te zeggen, rommelige fysica in hun modellen verwerkt, wat een ongekende nauwkeurigheid mogelijk maakte. Ze volgden de effecten van straling en stellaire winden op hun omgeving en omvatten een realistische snelheid van supernova’s.

    “Het resultaat is dat we deze voortstuwende sterren op het gas zien, en supernova-explosies die grote hoeveelheden materiaal uit sterrenstelsels opwaaien en ‘uitblazen'”, legt Hopkins uit. “Als je dit allemaal volgt, blijft het verhaal bij elkaar, en inderdaad kunnen we de waargenomen massa’s van sterrenstelsels verklaren door alleen de invoer van sterren.”

    Een gesimuleerd sterrenstelsel toen het heelal 11,7 miljard jaar oud was.  Zorg ervoor dat u de verhuizing bekijkt door op de afbeelding hierboven te klikken.  Afbeelding tegoed: Hopkins et al.  2013
    Een gesimuleerd sterrenstelsel toen het heelal 11,7 miljard jaar oud was. Blauwe gebieden zijn jonge sterrenhopen die hun gas hebben weggeblazen. Rode gebieden worden verduisterd door stof. Zorg ervoor dat je de film bekijkt door op de afbeelding hierboven te klikken. Afbeelding tegoed: Hopkins et al. 2013

    De resultaten waren lonend – met een aantal behoorlijk coole video’s van sterrenstelsels die zich in het waarneembare heelal vormen – en verrassend.

    Het is duidelijk geworden dat de verschillende soorten stellaire feedback niet alleen werken. Hoewel de energie die wordt afgegeven door stellaire winden interstellair gas kan wegduwen, kan het het gas niet volledig uit de melkweg lanceren. De noodzakelijke voortstuwing vindt daarentegen plaats wanneer er vlakbij een supernova-explosie plaatsvindt.

    Maar dit wil niet zeggen dat supernova-explosies een grotere rol spelen dan stellaire winden. Als de auteurs elk stellair feedbackmechanisme (de straling van hete jonge sterren, sterwinden of supernova-explosies) buiten beschouwing lieten, waren de resultaten even slecht – met te veel sterren en veel te grote massa’s.

    “We zijn net begonnen met het verkennen van deze nieuwe verrassingen, maar we hopen dat deze nieuwe tools ons in staat zullen stellen om een ​​hele reeks open vragen in het veld te bestuderen.”

    Het artikel is ingediend voor publicatie in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en kan hier worden gedownload.

    Hopkins bespreekt de “Kosmologische zoom-in-simulatie met behulp van nieuwe stellaire feedback” tijdens een workshop aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz eerder dit jaar: