Nowe symulacje gromad galaktyk odkrywają ważne tajemnice ich powstawania
Współcześni astrofizycy wykorzystują do badań dwa podstawowe narzędzia: obserwacje, które zawsze miały kluczowe znaczenie dla tej dyscypliny, oraz interpretacje teoretyczne. Oba te narzędzia są od siebie silnie zależne. Obserwacje są źródłem wiedzy na temat stanu wszechświata w danym momencie w czasie i można je wprowadzać do modeli i symulacji, co pomaga odkrywać tajemnice jego ewolucji. Jednak w niektórych przypadkach dostępne symulacje nie spełniają oczekiwań. Weźmy na przykład gromady galaktyk – zbiory bardzo blisko ze sobą powiązanych galaktyk. Najnowocześniejszy system symulacji „EAGLE”, który idealnie nadaje się do szczegółowej reprodukcji galaktyk, nie radzi sobie z masywnymi gromadami. Aby móc przeprowadzić taką symulację, jednorodny system, jakim jest EAGLE, musiałby użyć do modelowania niewyobrażalną ilość danych. Dr Bahé, najpierw jako pracownik naukowy Instytutu Astrofizyki Maxa Plancka w Garching w Niemczech, a teraz jako badacz na Uniwersytecie w Lejdzie, postawił sobie za cel pokonanie tych trudności. W 2017 roku wraz z innymi badaczami po raz pierwszy zaprezentował wyniki tak zwanych symulacji „Hydrangea”, będących pokłosiem projektu EAGLE. „Pomysł polega na tym, aby starannie wyselekcjonować obszar, w którym w ramach bardzo dużej symulacji w niskiej rozdzielczości powstała gromada galaktyk, a następnie poddać symulacji tylko ten jeden obszar w wymaganej wysokiej rozdzielczości. To zadanie wciąż stanowiło duże wyzwanie z obliczeniowego punktu widzenia – symulacja musiała zostać przeprowadzona na jednym z największych superkomputerów w Niemczech – lecz zakończyło się sukcesem. Symulacje Hydrangea potwierdziły swoją wartość jako narzędzie dostosowane do badania powstawania i ewolucji gromad galaktyk”, tłumaczy dr Bahé. Projekt ClusterGal (Investigating the mechanisms that shape galaxies in and around massive clusters) bazuje na tym nowym zestawie symulacji w celu rozwiązania tajemnic gromad galaktyk. Oprócz samych symulacji, dr Bahé opracował narzędzia przeznaczone do ich analizy. Jednym z przykładów takiego narzędzia jest kod umożliwiający szczegółowe odtworzenie dziejów pojedynczych galaktyk i ich interakcji z innymi galaktykami w tej samej gromadzie. „Dzięki tej analizie doszliśmy do kilku jasnych wniosków. Po pierwsze, że symulacje są niedoskonałe, a w niektórych aspektach – sprzeczne z pomiarami obserwacyjnymi. Na przykład, choć w większości galaktyk w drodze symulacji powstała oczekiwana liczba gwiazd, najbardziej masywne, centralne gromady galaktyk okazały się około trzy razy bardziej masywne niż wskazywały obserwacje”, mówi dr Bahé. Inna nieścisłość dotyczy obrzeży gromad, a nawet galaktyk w głębi gromady, gdzie wydaje się, że dochodzi do silniejszego zahamowania powstawania gwiazd, niż dotychczas obserwowano. Może to oznaczać, że aktualne modele powstawania gwiazd należy poddać weryfikacji lub że systemy symulacji wciąż nie uwzględniają kluczowych aspektów rzeczywistego Wszechświata. „Jednym z najważniejszych ustaleń projektu jest to, że galaktyki występujące w gromadach są znacznie mniej narażone na zaburzenia niż sądzono. Spora ilość ciemnej materii galaktyki jest usuwana przez siły pływowe docierające do gromady (o czym wiadomo było już wcześniej), jednak większość gwiazd w centrum galaktyki niemal zawsze przeżywa. To oznacza, że przynajmniej w sensie statystycznym, możemy porównywać obserwowane gromady galaktyk przy większym przesunięciu ku czerwieni (długi czas śledzenia wstecz) w lokalnym Wszechświecie i na tej podstawie wnioskować, jaki jest ogólny mechanizm ewolucji galaktyk”, dodaje dr Bahé. Co najważniejsze, wyniki projektu ClusterGal potwierdzają, że bezpośredni wpływ na gromady galaktyk ma ich środowisko. Ten wniosek może stać się celem badań kolejnych projektów, jako że gromady galaktyk są ważnym tropem prowadzącym do rozwiązania zagadki powstawania galaktyk. Dr Bahé tłumaczy: „Gromady galaktyk są wyjątkowe, a bez zrozumienia, dlaczego stały się wyjątkowe, nasz obraz ich powstawania nie będzie kompletny”. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Słowa kluczowe
ClusterGal, gromady galaktyk, powstawanie galaktyk