Het u hulp nodig met die Springel-model vir sterrestelsel-simulasie

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.

GF Qk yx ks sk rc tL Fq SE Kx Ik VA gw bS Wo oG dK

Ek is besig met 'n kode vir simulasie van galaktiese dinamika. Aanvanklike toestande (posisies en snelhede) is gebaseer op 'n model met 'n massiewe donker stralekrans en 'n dun eksponensiële skyf.

Uit die volgende referaat "Tidal tails in CDM cosmologies" bestudeer ek die reaksie van die donker materie-profiel.

Hier is 'n opname van die artikeldeel wat my verwar:

Eerstens verstaan ek nie hoe 'n mens vergelyking (16) kry uit die feit dat die hoekmomentum van individuele wentelbane oor die donker materie behoue bly nie, dit wil sê:

begin {vergelyking} r_ {i} , M (r_ {i}) = r_ {f} , M_ {f} (r_ {f}) quad quad text {(eq 16)} end { vergelyking}

"waar $ r_ {i} $ en $ r_ {f} $ die aanvanklike en finale straal is van 'n donker materiaalstofdop, gee $ M (r) $ die aanvanklike NFW-massaprofiel en $ M_ {f} (r) $ is die finale kumulatiewe massaprofiel nadat die skyf gevorm is. "

Vraag 1) Word (vergelyking 16) deur die momentumstelling gestel? ($ dfrac { text {d} vec {L}} { text {d} t} = vec {OM} times vec {F} $)

En hoe om dit te bewys, dws wat is die demonstrasie om te kry (vergelyking 16)?

Ek verstaan nie wat die verskil is tussen $ M (r) $ en $ M_ {f} (r) $.

Daarna word gesê dat $ M_ {f} (r) $ die som is van die kumulatiewe massa van die skyf en die donker massa binne die aanvanklike radius en skrywer skryf (vergelyking 17 op papier) :

begin {vergelyking} M_ {f} , (r_ {f}) = M_ {d} , (r_ {f}) + (1 - m_ {d}) , M (r_ {i}) quad quad text {(verg. 17)} end {vergelyking}

Ek wil hierdie vergelyking verbind met die totale massa van die sterrestelsel wat volgens my geskryf kan word as:

begin {vergelyking} M_ {totaal} , (r) = M_ {d} , (r) + M_ {DM} , (r) = m_ {d} , M_ {DM} , (r) + M_ {DM} , (r) = (1 + m_d) , M_ {DM} , (r) end {vergelyking}

met $ m_ {d} $ die verhouding tussen skyfmassa en halo-massa.

Vraag 2) Kan u my help om die totale massa aan hierdie vergelyking te koppel (17)?

Na vergelyking (18) skryf die skrywer van die papier dat die finale profiel $ M_ {h} (r) $ van die donker materie-halo dan gegee word deur:

begin {vergelyking} M_ {h} , (r) = M_ {f} , (r) - M_ {d} , (r) einde {vergelyking}

Vraag 3) Moet ek dus aflei dat $ M_ {f} , (r) $ die totale massa van die sterrestelsel (skyf + halo) is as 'n funksie van $ r $?

Enige hulp sal wonderlik wees,

Groete

UPDATE 1:

Ek het die skrywer van papier "Tidal tails in CDM cosmologies" gekontak, dit wil sê Volker Springel en hier is die kommentaar:

Vraag 1 *) Antwoord: Vir die eenvoud kan u dink dat alle deeltjies op sirkelbane is. Die aanvanklike sirkelsnelheid van 'n deeltjie is $$ v_i = sqrt {(G M (r_i) / r_i)} $$, die finale is $$ v_f = sqrt {(G M (r_f) / r_f)} $$. Die ooreenstemmende hoekmomenta is $$ L_i = m r_i v_i $$ en $$ L_f = m r_f v_f $$. Die hoekmomentum is nou 'n adiabatiese invariant wanneer die stralekrans stadig saamgepers word, dus $$ L_i = L_f $$. Laasgenoemde vergelyking gee dan eqn (16) as 'n mens die snelhede inprop.

Vraag 2 *) "Ek verstaan nie wat is die verskil tussen $ M (r) $ en $ M_f (r) $?"
Antwoord:
$ M_i (r) $ is die aanvanklike en $ M_f (r) $ die finale kumulatiewe massaprofiel.
Vraag 3 *)
Ek wil hierdie vergelyking verbind met die totale massa sterrestelsel wat geskryf kan word as:
$$ M_ {totaal} (r) = M_d (r) + M_DM (r) = m_d M_DM (r) + M_DM (r) = (1 + m_d) M_DM (r) $$
Antwoord: Dit kan slegs vir die aanvanklike verspreiding in hierdie vorm geskryf word, waar die aanname is dat die massa waaruit die skyf later sal bestaan, eweredig aan die donker materie versprei word.
Vraag 4 *) Kan u my help om die totale massa aan hierdie vergelyking (17) te koppel?
Na vergelyking (18) skryf u dat die finale profiel M_ {h} (r) $ van die donker materie-halo dan gegee word deur:
$$ M_h (r) = M_f (r) - M_d (r) $$.
Moet ek dus aflei dat M_f (r) die totale massa van die sterrestelsel (skyf + halo) is as 'n funksie van r?

Ten slotte kan ek my vraag 1 *) oplos, maar nie vraag 2 * nie en ook nie vraag 3 *)

Op die oomblik is my doel om te demonstreer hoe om:

$$ begin {vergelyking} M_ {f} , (r_ {f}) = M_ {d} , (r_ {f}) + (1 - m_ {d}) , M (r_ {i}) quad quad text {(verg 17)} end {vergelyking} $$

Enige hulp om dit te bekom, is welkom, dankie

Vreemdelinge sou nie skewe rye nodig hê om 'n hele sterrestelsel oor te neem nie, simulasie stel voor

'N Nuwe rekenaarsimulasie toon dat 'n tegnologies gevorderde beskawing, selfs wanneer dit stadig gebruik word, steeds 'n hele sterrestelsel in 'n beskeie tyd kan koloniseer. Die bevinding bied 'n moontlike model vir interstellêre migrasie en 'n verskerpte gevoel van waar u uitheemse intelligensie kan vind.

# 2 Supernova74

Dit is interessant dat my opinie dat niemand rekenaars gemaak het nie die ontwikkeling van Alein-tegnologie selfs beter kon verstaan as wat ons verstaan nie, want ons sou net nie weet nie, soos die meeste verwante onderwerpe rondom astrofisika en wetenskap in die algemeen, alles gebaseer op teorieë en bespiegelinge tot anders bewys. Ek glo ook dat dit ook gaan na interstellêre reis van 'n gevorderde beskawing wat buite ons verbeelding buite bereik is.

Geredigeer deur Supernova74, 15 Junie 2021 - 16:21.

# 3 ruimtevaarder

Raai dit hang af van wat 'n mens as 'n beskeie tyd beskou.

En waarom koloniseer hulle in die middel van die sterrestelsel? Weet hulle nie daar is 'n swart gat nie ?!

# 4 fotoracer18

Dit sou moontlik wees om die sterrestelsel oor duisende jare te gebruik deur NAFAL-skepe te gebruik (dit is 'n wetenskap-term, nie so vinnig soos lig nie, makliker om te sê as STL, stadiger as lig). Maar dit sal afhang van 'n aantal faktore soos een op 'n slag en die hervatting van die nuwe planeet, die geweer se benadering aan die begin, kolonieskepe wat planete saai terwyl hulle verbygaan, ens. omdat die bou van 'n ruimtevaartbedryf van nuuts af op 'n nuwe planeet dit sou vertraag. En dan is daar ook die oordeelsdag-scenario waar u op 'n wedloop met FTL beland (sien Chris Rowley se roman The Starhammer, een van die romans wat die idee vir die HALO-heelal gevorm het).

# 5 bobzeq25

Sekerlik. Al wat hulle nodig het, is 'n rede wat hulle wil koloniseer. As hulle so gevorderd is, het hulle waarskynlik (sou ek beslis sê) baie makliker en minder irriterende maniere om in hul behoeftes te voorsien.

Die idee van gevorderde samelewings wat oorlog voer en plunder, sê meer oor ons as wat dit nuttige insigte bied in wat hulle kan doen.

Ons is so onbevoeg dat ons minder alternatiewe het. Of miskien net tekort aan verbeelding. Of sedes.

Geredigeer deur bobzeq25, 15 Junie 2021 - 16:42.

# 6 Oyaji

Die artikel sê: 'Die hele proses, waarin die hele innerlike sterrestelsel gevestig is, duur een miljard jaar.'

'N Miljoen jaar mag vir sommige mense (of sommige vreemdelinge) na 'n' beskeie 'tyd klink, maar dit lyk vir my beslis nie' beskeie 'nie. Baie kan in 'n miljard jaar verkeerd gaan!

Geredigeer deur Oyaji, 15 Junie 2021 - 17:10.

# 7 Supernova74

Die artikel sê: "Die hele proses, waarin die hele innerlike sterrestelsel gevestig is, duur een miljard jaar."

'N Miljoen jaar mag vir sommige mense (of sommige vreemdelinge) na 'n' beskeie 'tyd klink, maar dit lyk vir my beslis nie' beskeie 'nie. Baie kan in 'n miljard jaar verkeerd gaan!

Die artikel sê: 'Die hele proses, waarin die hele innerlike sterrestelsel gevestig is, duur een miljard jaar.'

'N Miljoen jaar mag vir sommige mense (of sommige vreemdelinge) na 'n' beskeie 'tyd klink, maar dit lyk vir my beslis nie' beskeie 'nie. Baie kan in 'n miljard jaar verkeerd gaan!

Ja, ek dink dit het amper daardie tyd geneem om brexit in die Verenigde Koninkryk uit te sorteer !?

# 8 Dave Mitsky

Die idee dat een spesie 'n miljard jaar kan bestaan, is meer as wat ek kan aanvaar.

# 9 bobzeq25

Die idee dat een spesie 'n miljard jaar kan bestaan, is meer as wat ek kan aanvaar.

Weereens, dit kan gebaseer wees op ons geneigdheid tot selfvernietiging.

# 10 Keith Rivich

Weereens, dit kan gebaseer wees op ons geneigdheid tot selfvernietiging.

Dit sou nie soveel selfvernietiging wees as natuurrampe nie. Die kans dat 'n planeet-moordgebeurtenis kan styg, styg baie as daar oor 'n miljard jaar gepraat word. In werklikheid sal hulle eers oud moet wees om selfs 'n miljard jaar lange projek te begin om 'n sterrestelsel te koloniseer.

# 11 bobzeq25

Na 'n miljard jaar sou hulle natuurrampe kon hanteer.

Dit verbaas my altyd dat mense dink dat vreemdelinge wat afstande van baie ligjare kan aflê, soos ons sal optree. Of dat hulle enige belangstelling wil hê om ons te besoek (veel minder indringend). Ons is nie sulke warm dinge nie. & ltgrin & gt

Hulle sal baie beter / bekwamer wees in dinge soos om 'n samelewing te ontwerp. Verstaan die heelal. En aan en aan. Kommunikasie sal ongetwyfeld moeilik wees. Die film "Aankoms" dui daarop, hoewel dit baie probleme het. Die grootste een is die dramatiese spanning oor die bedreiging wat ons vir hulle inhou. Asof. & ltsmile & gt

As dit by vreemdelinge kom, is ons verbeelding ongelukkig onvoldoende.

Geredigeer deur bobzeq25, 15 Junie 2021 - 22:20.

# 12 Keith Rivich

Na 'n miljard jaar sou hulle natuurrampe kon hanteer.

Dit verbaas my altyd dat mense dink dat vreemdelinge wat afstande van baie ligjare kan aflê, soos ons sal optree. Of dat hulle enige belangstelling wil hê om ons te besoek (nog minder indringend). Ons is nie sulke warm dinge nie. & ltgrin & gt

Ek moet nie saamstem nie. Ons het kwantumfisika en relatiwiteit opgelos. twee hoofbestanddele vir ruimtereise. Wag net op die tegnologie om in te haal. Dit maak ons redelik spesiaal.

# 13 bobzeq25

Ek moet nie saamstem nie. Ons het kwantumfisika en relatiwiteit opgelos. twee hoofbestanddele vir ruimtereise. Wag net op die tegnologie om in te haal. Dit maak ons redelik spesiaal.

Goeie lied. "Die son het een keer om die aarde gegaan. Dit het mense help verseker dat hulle die middelpunt van die heelal was."

Astrofotografie en die bestudering van kosmologie het vir my die idee dat ons spesiaal is, heeltemal verwyder.

# 14 Oyaji

# 15 Alex65

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

Ek onthou hoe ek Carl Sagan op Cosmos 'n leeftyd gelede gesien het en oor dieselfde ding gesels het. Sy voorbeeld het gehad dat twee uitheemse spesies 'n vennootskap aangegaan het om die hele sterrestelsel te koloniseer.

# 16 DSOGabe

Raai dit hang af van wat 'n mens as 'n beskeie tyd beskou.

En waarom koloniseer hulle in die middel van die sterrestelsel? Weet hulle nie daar is 'n swart gat nie ?!

Ek herinner my aan 'n studie van jare gelede wat beweer dat 'n plek soortgelyk aan ons in 'n sterrestelsel die beste plek is om 'n sonnestelsel met lewe daarop te hê. Te naby aan 'n galaktiese kern skep 'n hoër risiko vir straling wat die opkoms van die lewe inmeng. Boonop, naby die kern, kan die nabyheid van sterre aan mekaar planeetbane versteur. Om in die galaktiese voorstede uit te wees, is basies die beste plek.

Ek sou my voorstel dat as mense so iets sou kon besef, enige meer gevorderde spesies ook sou kon aanneem dat die uitgangspunt van die studie akkuraat is.

# 17 Oyaji

Terloops, deur die toeval het ek hierdie artikel vandag raakgeloop oor die "kanale" op Mars en die kaarte van die kanale wat geteken is deur van die mees vooraanstaande sterrekundiges van hul tyd.

Dit is 'n waarskuwende verhaal oor die vreemde plekke waarheen ons gelei kan word deur wensdenkery oor die buiteaardse lewe - en deur refleksief 'die wetenskap te volg'.

Geredigeer deur Oyaji, 16 Junie 2021 - 14:18.

# 18 Keith Rivich

Goeie lied. "Die son het een keer om die aarde gegaan. Dit het mense help verseker dat hulle die middelpunt van die heelal was."

https://www.youtube. h? v = qaw_8ssCeCk

Astrofotografie en die bestudering van kosmologie het vir my die idee dat ons spesiaal is, heeltemal verwyder.

Nie spesiaal op 'n spesiale manier nie, maar net dat ons in staat is om te verstaan of te werk wat hulle probeer bereik. En die wetenskap het vroeër hul doelwitte bereik.

# 19 Eerste sig

OTOH, hulle sal dalk belangstel as dit blyk dat die aarde 'n oorvloed voorraad het wat van groot belang is vir die uitheemse beskawing wat in hul tuis-sonnestelsel nader aan die unobtainium-status kom. Die stof kan blyk te wees iets wat ons self as onopvallend beskou, omdat ons nie tegnologies genoeg gevorder het om die potensiële bruikbaarheid daarvan te verstaan as 'n handvol humdrum-gebruike wat geen voordeel trek uit die onbekende (vir ons) spesiale popertië nie.

# 20 Rickycardo

OTOH, hulle sal dalk belangstel as dit blyk dat die aarde 'n oorvloed voorraad het wat van groot belang is vir die uitheemse beskawing wat in hul tuis-sonnestelsel 'n unobtainium-status nader. Hierdie stof kan blyk te wees iets wat ons self as onopvallend beskou omdat ons nie tegnologies genoeg gevorder het om die potensiële bruikbaarheid daarvan te verstaan as 'n handvol humdrum-gebruike wat geen voordeel trek uit die onbekende (vir ons) spesiale popertjies nie.

Tensy sy menslike DNA die meeste dinge op ons planeet meer volop is in die sonnestelsel wat in komete of asteroïdes voorkom.

# 21 KTAZ

Ek hou gewoonlik nie aan hierdie tipe besprekings nie, maar. gee my 'n rekenaar en ek kan dit omtrent alles laat uitspoeg. GIGO.

Hierdie hele bespreking, sowel as die simpel rekenaarsimulasie, is gebaseer op die heeltemal bevooroordeelde opinies van gevorderde Homo sapiens. "Gevorderd", wat beteken dat ons basies ape is met beter pakke.

Iets meer as 500 jaar gelede het die mensdom ontdek dat die aarde nie die middelpunt van die heelal is nie. Ongeag die ontdekking, die mensdom vandag glo steeds dat hulle die middelpunt van die heelal is.

Maar hier is ons, 500 kort jaar later, en besluit dat ons genoeg verstaan om te ekstrapoleer wat 'n vreemde lewensvorm in ongeveer 'n miljard jaar kan doen.

Die een ding wat die meeste ontwikkel het as 'n direkte afloop van ons enkelvoudige selfbewuste brein, is ons inherente hubris.

# 22 InterStellarGuy

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

"Dit is om hierdie rede dat ek geneig is om afstande as 'n belangrike veranderlike af te maak as ek die Fermi Paradox bespreek - die waarneming dat ons nog geen bewyse vir die bestaan van uitheemse intelligensie moet sien nie, alhoewel ons dit waarskynlik sou moes doen."

Ek sien dit hou verband met die fermi-paradoks en vra: wat moes ons gesien het? Ons beskik tans nie oor die tegnologie om te evalueer of 'n sterstelsel bewoon word of nie. Al wat ons weet, kan Alpha Centauri 'n ras van intelligente vreemdelinge wees, en op ons huidige vlak sal ons nooit weet nie.

Die enigste instrument wat ons regtig het, is SETI, en dit is afhanklik van die vreemdelinge wat 'n smalband-radiosein met 'n hoë krag en 'n spesifieke frekwensie na ons stuur - hulle moet doelbewus op ons afstuur, of 'n bestemming wat ons in lyn is met verwante aan hulle.

As elke ster binne 20 ligjare 'n intelligente vreemdelingras op 'n planeet in sy stelsel gehad het, het ons geen manier om dit te weet nie, tensy hulle self na ons toe kom.

Grondreëls

Op die gebied van verre wetenskapfiksie kan 'n buitengewone buiteaardse beskawing die aarde verwoes en die sterrestelsel in 'n oogwink opeis. Maar die wetenskaplikes wou hê dat hul model van galaktiese verowering ietwat gegrond moes wees in die werklikheid, en daarom het hulle tegnologiese beperkings opgelê wat 'n meer geloofwaardige scenario weerspieël. Dit beteken dat skeringaandrywings buite werking is, planetêre beskawings sterf mettertyd en ruimtetuie ry teen die vinnigste snelhede wat ons vandag met ons eie tegnologie kan bereik.

Advertensie

"Dit beteken dat ons nie oor 'n vinnig of aggressief groeiende spesie praat nie, en dat daar geen skering is nie," het Jason Wright, mede-outeur en die astrofisikus van Penn State, gesê. Gizmodo. 'Daar is net skepe wat dinge kan doen wat ons eintlik kan doen met iets soos die tegnologie wat ons vandag kan ontwerp, miskien vinnige skepe met sonseile wat deur reuselasers aangedryf word, of net baie langlewende skepe wat met 100 000 jaar op gewone reise kan reis vuurpyle en gravitasie-slingerskote van reuse-planete. ”

Maar hulle sal steeds hulp kry - selfs al word die vreemdelinge beperk deur vervelige ou reëls soos die spoed van die lig, sal die beweging van die sterrestelsel hulle 'n bietjie hupstoot gee in hul reis.

Kosmiese rekenaar: simuleer die heelal.

Om die lig te sien, moet u soms deur die duisternis reis. Dit lyk asof dit aforisme nie net op hartreise van toepassing is nie, maar ook op uitstappies deur die geskiedenis van die heelal. In die grootste en mees gedetailleerde rekenaarsimulasie van hierdie kosmiese saga vorm iets heel donker die heelal soos dit gedurende ongeveer 13,7 miljard jaar ontvou.

Die nuwe simulasie volg die lot van die oorspronklike voorraad energie en materie van die heelal, net enkele honderdduisend jaar na die oerknal tot vandag toe.

Om sin te kry oor die rangskikking van sterre sterrestelsels en briljante kwasars oor die lug, het Volker Springel van die Max Planck Instituut vir Astrofisika in Garching, Duitsland, en sy kollegas hul werk op donker materie gebaseer. Hierdie onsigbare materiaal beslaan meer as 90 persent van die erns in die heelal.

Alhoewel niemand weet waaruit donker materie bestaan nie, vermoed navorsers dat dit verantwoordelik is om sterrestelsels en sterrestelsels in die reusagtige, filamentêre strukture te trek wat vandag in die lug gesien word. Omdat dit lyk asof donker materie nie met enige ander krag as swaartekrag in wisselwerking tree nie, is dit relatief eenvoudig om te model. Springel se span het 10 miljard klompe in die simulasie ingebou.

Die modelleerders het 'n rowwe benadering op hierdie doek van donker materie gelê van sommige deurmekaar en komplekse interaksies tussen sterrestelsels, soos die uitbarsting van supernova-ontploffings en die trajekte van kragtige intergalaktiese winde. Daarmee kon die navorsers ondersoek instel oor hoe die groter strukture in die heelal - onsigbare soos donker materie en sigbare soos sterrestelsels - oor miljarde jare ontwikkel het.

Soos beskryf in die 2 Junie Nature, bevestig die model onlangse bevindinge dat die uitbreiding van die heelal versnel het. Dit suggereer ook 'n scenario vir die verbasend vinnige groei van supermassiewe swart gate - die kragstasies wat kwasars aanvuur - vroeg in die geskiedenis van die kosmos.

Die nuwe werk 'gee ons tot dusver die mees gedetailleerde en akkurate teoretiese voorspellings van die eienskappe van sterrestelsels vanaf die begin van die kosmiese tyd tot vandag', sê Nickolay Gnedin van die Universiteit van Colorado in Boulder.

RETROFIT In hul model, bekend as die millenniumsimulasie, volg Springel en sy medewerkers kosmiese geskiedenis in 'n kubus van meer as 2 miljard ligjare aan 'n kant. Dit is groot genoeg om die vorming van ongeveer 20 miljoen sterrestelsels saam met die skaars supermassiewe swart gate uit te beeld.

Vorige donkerstofsimulasies deur dieselfde groep navorsers het 'n kleiner volume van die heelal uitgebeeld en op die grootste sigbare voorwerpe, reusestowwe van sterrestelsels, gefokus (SN: 5/29/99, p. 344). Die simulasie het slegs 'n tiende soveel klompe donker materie ingesluit as wat die nuwe weergawe doen.

Omdat die nuwe model kosmiese kenmerke een-dertigste van die kleinste kenmerke wat in die vorige simulasie getoon is, kan openbaar, kan sterrekundiges nou die groei van individuele sterrestelsels uitbeeld en die model dus vergelyk met werklike teleskoopwaarnemings.

"Dit is 'n indrukwekkende tegnologiese prestasie," sê kosmoloog David Weinberg van die Ohio State University in Columbus. "Hulle moes baie slim dinge doen om hierdie groot simulasie te kon uitvoer, selfs met die baie kragtige rekenaarbronne waaroor hulle beskik. Dit was nie net iets wat moontlik geword het nie omdat rekenaars vinniger word. . "

Verbeteringe in rekenaarkrag was inderdaad nie die belangrikste motivering om die nuwe model te maak nie, sê Gus Evrard van die Universiteit van Michigan in Ann Arbor, 'n lid van die millennium-simulasiespan. Die navorsers het gereageer op die reuse-opnames van die hemel wat sedert die laat negentigerjare uitgevoer is. Die Sloan Digital Sky Survey en die infrarooi 2-MASS-studie het onder meer die verspreiding van sterrestelsels en swart gate en die struktuur van die heelal in ongekende breedte en detail in kaart gebring.

Teoretiese weergawes van die grootskaalse struktuur van die heelal en simulasies het agteruitgegaan, sê Evrard. Die data van die opname het ons daartoe gedryf om 'n simulasie te skep wat sou pas, 'sê hy.

Wetenskaplikes moet weet dat hul teorieë en data met mekaar ooreenstem "as ons hierdie opnames effektief wil gebruik om te leer oor die oorsprong en aard van ons wêreld," voeg Simon White, lid van die Max Planck Institute of Astrophysics, by.

Die nuwe studie, met sy baie groter besonderhede as vorige modelle, is op 'n kwalitatief ander vlak, wat 'n ontleding van baie fisiese vrae moontlik maak wat met vorige simulasies nie goed aangespreek kon word nie, 'sê Springel. Onder die vrae: Waarom vorm sterrestelsels waar hulle doen, en watter faktore lê ten grondslag van die ontstaan van kwasars, wat kan skyn met die lig van triljoene sonne?

BESONDERHEID Die simulasie het een van die vinnigste superrekenaars ter wêreld nodig en bestaan uit 25 miljoen megagrepe data - genoeg om ongeveer 36.000 CD's te vul.

Die model neem aan dat struktuur in die heelal begin het as willekeurige, subatomiese rimpels in die digtheid van 'n andersins uniforme sop van materiaal en bestraling. Radioteleskope het sulke rimpelings in kiekies van die vroeë heelal waargeneem.

Die simulasie voorspel dat spore van hierdie rimpelings afgedruk word op die hedendaagse verspreiding van sterrestelsels, soos gesien in die groot teleskoopopnames. Vroeër vanjaar het twee spanne sterrekundiges berig dat hulle inderdaad vandag weergalm van sulke rimpelinge in die heelal raakgesien het (SN: 1/15/05, p. 35). Die getuienis dui daarop dat swaartekrag die rimpels oor miljarde jare versterk het om die trosse sterrestelsels voort te bring wat vandag gesien word.

Die millenniummodel voorspel dat sterrestelsels klein begin en dan groei deur meer materiaal vas te lê. Hierdie ondergeskikte, of hiërargiese, voorskrif van sterrestelsels wat swaelsterte bou, met verskeie direk gemete kenmerke van sterrestelsels, insluitend die kleur, helderheid en groeperingstendense.

"Ek kan nie anders as om stom te wees nie dat die geheelbeeld van hiërargiese sterrestelselvorming gebaseer op 'n donker materie-heelal so goed werk," sê Springel.

Benewens die vorming van sterrestelsels, wil die simulasie 'n verrassende blik op die heelal toets. Sedert die laat negentigerjare het ondersoekers bewyse versamel dat 70 persent van die heelal tans uit 'n entiteit bestaan wat selfs misterieus is as donker materie. Hierdie voorgestelde kragveld word donker energie genoem, en bied 'n kosmiese druk wat die skynbare versnelling in die uitbreiding van die heelal kan verreken.

Die millenniumsimulasie het hierdie siening bevestig, tesame met die voorstel dat donker materie en gewone materie onderskeidelik ongeveer 25 persent en 5 persent van die massa van die heelal uitmaak.

Maar die simulasie laat die teoretici ook toe om alternatiewe beskrywings van die heelal te toets. 'U kan u eie reëls na die sandbak bring en uitvind hoe goed dit die evolusie van sterrestelsels weergee,' merk Evrard op.

Om dit met noukeurigheid te doen, sê Weinberg, sou volledige wiskundige beskrywings van stervorming en sterrestelsel-interaksies vereis word. "Maar jy kan baie vorder deur die [resepte van die span] in die simbool van die donker materie in te plak," voeg hy by.

Of miskien, nog beter, deur data uit direkte waarnemings in te plak. Die afgelope 4 jaar het die Sloan Digital Sky Survey verskeie antieke kwasars gevind wat gloeiend met briljante gloei. Vir die kwasars so vroeg in die geskiedenis van die heelal so helder, moes die swart gate wat hulle aanvuur, 'n miljard keer so massief gewees het soos die son in 'n tyd toe die kosmos net 870 miljoen jaar oud was, minder as 'n tiende sy huidige ouderdom.

"Baie sterrekundiges dink dit is onmoontlik om te versoen met die geleidelike groei van die struktuur wat deur die standaardbeeld van die donker materie voorspel word," sê Springel.

Toe hy en sy kollegas wat hul model oor die jong heelal aandui, van naderby beskou, vind hulle aanduidings dat 'n paar massiewe swart gate inderdaad vroeg genoeg kon gevorm het om die seldsame kwasars te verreken. Die simulasie dui aan dat swart gate in buitengewone digte streke van die vroeë kosmos versnel gegroei het. Die model dui ook daarop dat die gevolglike supermassiewe swart gate uiteindelik die kern geword het van massiewe sterrestelsels wat in die middelpunt van die grootste sterrestelsels in die kosmos van vandag lê, sê Evrard.

UITBREIDING VAN DIE MODEL Alhoewel die millenniumsimulasie bestaande teorieë en gegewens bevestig en duidelik maak, het dit onverwagte resultate opgelewer. Springel, White en Liang Go van die Max Planck Instituut vir Astrofisika het die model gebruik om die groepering van donker materie-halo's te ondersoek, die groot omhulsels van onsigbare materiaal waarvan die swaartekrag sterrestelsels in trosse saamtrek.

Die span het bevind dat diegene wat vroeër in die geskiedenis van die heelal gevorm het, onder stralekringe met dieselfde massa strenger saamspan as wat later gevorm is. Omdat die verspreiding van sterrestelsels die verspreiding van halo's naboots, dui die bevinding daarop dat sterrestelsels min of meer styf saamklamp, afhangende van wanneer dit gevorm het. Die bevinding, wat onlangs aanlyn gerapporteer is (http://xxx.lanl.gov/astro-ph/0506510), dui aan dat ou sterrestelsels strenger saamtrek as jonger.

Sulke groepering weerspreek 'n belangrike aanname van 'n mededingende teoretiese scenario oor hoe die hedendaagse verspreiding van sterrestelsels ontstaan het, sê Springel. In daardie model hang die digtheid van sterrestelsels binne 'n donker materie-glorie slegs af van die massa van die stralekrans.

Die mees ingrypende toepassings van die millenniummodel moet nog kom, sê die navorsers. "Die datastel is so ryk dat ons nog nie al die verrassings ontdek het nie," merk Evrard op.

White is een van die grootste onmiddellike uitdagings om die rykdom te deel. Die span beplan om die model publiek beskikbaar te stel sodat alle sterrekundiges hul teorieë oor die vorming van sterrestelsels en kwasare kan toets. Met 25 miljoen megagrepe data wat die model bevat, is dit geen maklike taak nie.

Maar teen die einde van die jaar, sê die groep, moet kosmoloë 'n splinternuwe - en verreikende - rekenaarmodel hê om mee te speel.

BRAND: Terugvoer in realistiese omgewings

Die FIRE-projek poog om kosmologiese simulasies van sterrestelselvorming te ontwikkel en te ondersoek wat die interstellêre medium van individuele sterrestelsels direk oplos terwyl hulle hul kosmologiese omgewing vasvang. FIRE is daarop gemik om die voorspellende krag van sterrestelselsimulasies te verbeter deur die implementering van sub-resolusieprosesse met eksplisiete kleinskaalse modelle direk in kennis te stel, en sodoende die afhanklikheid van verstelbare modelparameters te verminder.

Bo: Die grootskaalse gasverspreiding (links), gesiglig-sterlig (middel) en rand-aan-sterlig (regs) in 'n VIR-kosmologiese simulasie van 'n melkwegstelsel.

Hierbo: spot beelde van 'n ander melkwegstelsel, in verskillende golflengtes (links) soos waargenome sterlig, radiobeelde van molekulêre (CO) gas, röntgenfoto's van warm koronale gas en infrarooi stofbeelde. Regs wys ons 'n soortgelyke sterrestelsel wat 'n hewige botsing en samesmelting met 'n Andromeda-metgesel ondergaan. In elkeen is jong sterretrosse sigbaar as helderblou streke, terwyl digte gas- en stofverduistering die rooi / bruin bane skep.

Die FIRE-simulasies word gebruik om 'n wye verskeidenheid vrae in die vorming van sterrestelsels en intergalaktiese mediumwetenskap aan te spreek, insluitend die regulering van sterrestelselgroei deur & # 8220feedback, & # 8221 die eienskappe van galaktiese in- en uitvloei, die morfologiese transformasie van sterrestelsels, die blus van stervorming in massiewe sterrestelsels en die behoefte aan aktiewe galaktiese kernterugvoer, die ontsnappingsfraksie van ioniserende fotone uit sterrestelsels, en die effekte van sterreterugvoer op halo's van donker materie.

Stervorming in Galaxy Evolution: koppel numeriese modelle aan die werklikheid

Skrywers: Gnedin, N.Y., Glover, S.C.O., Klessen, R.S., Springel, V.

Redakteurs: Revaz, Y., Jablonka, P., Teyssier, R., Mayer, L. (Red.)

Bied 'n inleiding en moderne insig in navorsing oor stervorming in sterrestelsels
Beskryf die belangrikste numeriese berekeningstegnieke wat ontwerp is om die vergelykings vir selfgraviterende vloeistowwe op te los
Geskryf deur vooraanstaande wetenskaplikes in die veld: Nickolay Gnedin, Simon Glover, Ralf Klessen en Volker Springel

Koop hierdie boek

ISBN 978-3-662-47890-5
Digitaal watermerk, DRM-vry
Ingesluit formaat: PDF, EPUB
e-boeke kan op alle leestoestelle gebruik word
Onmiddellike aflaai van e-boek na aankoop

ISBN 978-3-662-47889-9
Gratis aflewering vir individue wêreldwyd
Institusionele klante moet met hul rekeningbestuurder kontak maak
Gewoonlik gereed om binne 3 tot 5 werksdae gestuur te word, indien dit in voorraad is

ISBN 978-3-662-51676-8
Gratis aflewering vir individue wêreldwyd
Institusionele klante moet kontak maak met hul rekeningbestuurder
Gewoonlik gereed om binne 3 tot 5 werksdae gestuur te word, indien dit in voorraad is

Hierdie boek bevat die uitgebreide en bygewerkte weergawes van die 24 lesings wat tydens die 43ste Saas-Fee gevorderde kursus aangebied is. Die boek is geskryf deur vier vooraanstaande wetenskaplikes in die veld en beoordeel die fisiese prosesse wat verband hou met stervorming, vanaf kosmologiese tot galaktiese skale. Dit bied 'n gedetailleerde beskrywing van die interstellêre medium en die verband daarvan met die stervorming. En dit beskryf die belangrikste numeriese berekeningstegnieke wat ontwerp is om die vergelykings op te los wat vloeibare vloeistowwe gebruik wat gebruik word vir die modellering van galaktiese en ekstra galaktiese stelsels. Hierdie boek bied 'n unieke raamwerk wat nodig is om die simulasietegnieke te ontwikkel en te verbeter wat ontwerp is om die vorming en evolusie van sterrestelsels te verstaan. Op 'n toeganklike manier aangebied, bevat dit die huidige kennis van die veld. Dit dien as toegangspunt en belangrike verwysing na studente en navorsers in sterrekunde, kosmologie en fisika.

Nick Gnedin is 'n navorser aan die Fermi National Accelerator Laboratory en professor aan die Universiteit van Chicago. Hy is 'n genoot van die American Physical Society.
Volker Springel is professor in teoretiese astrofisika aan die Heidelberg Universiteit, Duitsland. Hy lei 'n navorsingsgroep in numeriese kosmologie aan die Heidelberg Instituut vir Teoretiese Studies.
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

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 Astrofisiese joernaal, 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.