为什么了解星系的形成和演化非常困难?怎么模拟星系的形成?

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      了解星系的形成和演化非常困难,因为除了重力以外,还涉及许多不同的物理过程,包括恒星形成和恒星辐射有关的过程,星际介质中气体的冷却,来自黑洞积聚的反馈,磁场,宇宙射线等等。

      天文学家已经使用计算机模拟星系形成来帮助理解这些过程的相互作用,并解决无法通过观察来回答的问题,例如宇宙中第一个星系是如何形成的。模拟星系形成需要同时对所有这些各种机制进行自洽的建模,但是一个关键的困难是它们每个都在不同的空间尺度上运行,几乎不可能同时正确地模拟它们。

    了解星系的形成和演化非常困难

      例如,气体从星际介质流入星系的过程跨越了数百万光年,恒星的风影响了数百光年,而吸积盘的黑洞反馈则发生在千分之一秒的尺度上。光年。

      CfA天文学家Rahul Kannan和Lars Hernquist及其同事开发了一种新颖的计算框架,该框架自洽地包括了所有这些影响。计算使用名为星系和星系中的多相气体(SMUGGLE)的新恒星反馈框架,该框架整合了涉及辐射,尘埃,分子氢气(星际介质的主要成分)的过程,还包括热和化学建模。SMUGGLE反馈已合并到流行的AREPO流体动力学代码中,该代码可模拟结构的演变,并具有一个附加模块以包含辐射效果。

    了解星系的形成和演化非常困难

      天文学家使用银河系模拟来测试其结果,并报告与观测结果非常吻合。他们发现,辐射对恒星形成速度的反馈影响相当小,至少在银河系的例子中,那里的恒星形成速度仅为每年两到三个太阳质量。

      另一方面,他们发现来自恒星的辐射通过影响热,暖和冷物质的分布而大大改变了星际介质的结构和加热,而这种分布不同于简单的预期。该代码很好地模拟了尘埃温度分布,其中温暖的尘埃(如预期的那样)位于恒星形成区域附近,而较冷的尘埃(可能低至10开尔文)则分布得更远。

      这些新模拟的成功促使作者将他们的工作扩展到更高的空间分辨率下的模拟。

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