-- --

Evolución de las Galaxias: el orden emerge del caos


Los científicos han desvelado los resultados de una nueva simulación de última generación de la evolución de las galaxias. Por primera vez, revela que la geometría del flujo de gas cósmico alrededor de las galaxias determina las estructuras de las galaxias, y viceversa.

Imagen:  Nike Savvas. Exposición Atomic: full of love, full of wonder

Los astrónomos que ejecutan simulaciones cosmológicas se enfrentan a una compensación fundamental: con un poder de cómputo finito, las simulaciones típicas hasta ahora han sido muy detalladas o han abarcado un gran volumen de espacio virtual, pero hasta ahora no han podido hacer ambas cosas. Las simulaciones detalladas con volúmenes limitados no pueden modelar más que unas pocas galaxias, lo que dificulta las deducciones estadísticas. Las simulaciones de gran volumen, a su vez, generalmente carecen de los detalles necesarios para reproducir muchas de las propiedades a pequeña escala que observamos en nuestro propio universo, reduciendo su poder predictivo.

La simulación TNG50, logra evitar esta compensación. Por primera vez, combina la idea de una simulación cosmológica a gran escala, un universo en una caja, con la resolución computacional de las simulaciones de "zoom", a un nivel de detalle que anteriormente solo había sido posible para estudios individuales. galaxias

En un cubo de espacio simulado que tiene más de 230 millones de años luz de diámetro, TNG50 puede discernir fenómenos físicos que ocurren en escalas un millón de veces más pequeñas, rastreando la evolución simultánea de miles de galaxias a lo largo de 13.8 mil millones de años de historia cósmica. Lo hace con más de 20 mil millones de partículas que representan materia oscura (invisible), estrellas, gas cósmico, campos magnéticos y agujeros negros supermasivos. El cálculo en sí mismo requirió 16,000 núcleos en la supercomputadora Hazel Hen en Stuttgart, trabajando juntos, 24/7, durante más de un año, el equivalente a quince mil años en un solo procesador, lo que lo convierte en uno de los cálculos astrofísicos más exigentes hasta la fecha .

Los primeros resultados científicos de TNG50 son publicados por un equipo dirigido por la Dra. Annalisa Pillepich (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg) y el Dr. Dylan Nelson (Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching) y revelan fenómenos físicos imprevistos. Según Nelson: "Los experimentos numéricos de este tipo son particularmente exitosos cuando sacas más de lo que ingresas. En nuestra simulación, vemos fenómenos que no habían sido programados explícitamente en el código de simulación. Estos fenómenos emergen de manera natural, de la compleja interacción de los ingredientes físicos básicos de nuestro universo modelo ".

TNG50 presenta dos ejemplos destacados para este tipo de comportamiento emergente. El primero se refiere a la formación de galaxias "disco" como nuestra propia Vía Láctea. Utilizando la simulación como una máquina del tiempo para rebobinar la evolución de la estructura cósmica, los investigadores han visto cómo las galaxias de disco bien ordenadas y de rotación rápida (que son comunes en nuestro Universo cercano) emergen de nubes de gas caóticas, desorganizadas y altamente turbulentas en épocas anteriores.

A medida que el gas se estabiliza, las estrellas recién nacidas se encuentran típicamente en más y más órbitas circulares, formando finalmente grandes galaxias espirales, carruseles galácticos. Annalisa Pillepich explica: "En la práctica, TNG50 muestra que nuestra propia galaxia, la Vía Láctea con su disco delgado, está a la altura de la moda de las galaxias: en los últimos 10 mil millones de años, al menos las galaxias que todavía están formando nuevas estrellas se han vuelto cada vez más como un disco, y sus movimientos internos caóticos han disminuido considerablemente. ¡El Universo era mucho más desordenado cuando tenía solo unos pocos miles de millones de años! "

A medida que estas galaxias se aplanan, los investigadores encontraron otro fenómeno emergente, que involucra las salidas de alta velocidad y los vientos de gas que fluyen de las galaxias. Esto se lanzó como resultado de las explosiones de estrellas masivas (supernovas) y la actividad de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el corazón de las galaxias. Los flujos gaseosos galácticos inicialmente son también caóticos y fluyen en todas las direcciones, pero con el tiempo, comienzan a enfocarse más en un camino de menor resistencia.

En el universo tardío, los flujos que salen de las galaxias toman la forma de dos conos, que emergen en direcciones opuestas, como dos conos de helado colocados de punta a punta, con la galaxia girando en el centro. Estos flujos de material se ralentizan a medida que intentan abandonar el pozo gravitacional del halo de materia invisible, u oscura, de la galaxia, y eventualmente pueden detenerse y retroceder, formando una fuente galáctica de gas reciclado. Este proceso redistribuye el gas desde el centro de una galaxia hasta sus alrededores, acelerando aún más la transformación de la galaxia en un disco delgado: la estructura galáctica da forma a las fuentes galácticas, y viceversa.


El equipo de científicos que crean TNG50 (con sede en los Institutos Max-Planck en Garching y Heidelberg, la Universidad de Harvard, el MIT y el Centro de Astrofísica Computacional (CCA)) finalmente lanzará todos los datos de simulación a la comunidad de astronomía en general, así como para el publico. Esto permitirá a los astrónomos de todo el mundo hacer sus propios descubrimientos en el universo TNG50, y posiblemente encontrar ejemplos adicionales de fenómenos cósmicos emergentes, del orden que emerge del caos.

Fuente y enlace al trabajo de investigación: Dylan Nelson, Annalisa Pillepich, Volker Springel, Rüdiger Pakmor, Rainer Weinberger, Shy Genel, Paul Torrey, Mark Vogelsberger, Federico Marinacci, Lars Hernquist. First results from the TNG50 simulation: galactic outflows driven by supernovae and black hole feedback. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2019

Te puede interesar: 
La reacción más fría hasta ahora
La señal de las primeras estrellas
La sinfonía de los agujeros negros
Carta de Albert Einstein sobre la religión
100 Curiosidades de la Ciencia
Estrella hiperrápida es expulsada por un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.
¿Adónde va la ciencia? por Max Planck (PDF)
Evolución de las Galaxias: el orden emerge del caos
Astrofísico descubre numerosos sistemas estelares con múltiples exoplanetas
El Voyager 2 llega al espacio interestelar
Cuando los dinosaurios surgieron, la tierra estaba al otro extremo de la galaxia.
Carl Sagan : Una vida en el Cosmos (PDF)
El Hubble observa el primer cometa interestelar confirmado
Los agujeros negros atrofian el crecimiento de las galaxias enanas
Detectan agua en un exoplaneta ubicado en la zona habitable de su estrella
¿Los agujeros negros están hechos de energía oscura?
A 50 años de una gigantesca hazaña
Stephen Hawking: Biografía, frases y artículos
Nuevas Tierras son descubiertas
A 100 años del eclipse, mas famoso de la Ciencia
Mujeres en la ciencia | Primera parte
30 Libros de Astronomía
Martin Bojowald | Antes del Big Bang
Giordano Bruno | Sobre el infinito Universo y los Mundos (PDF)
¿Burbuja en Expansión? Proponen un nuevo Modelo para el Universo

Siguenos en tu Red Favorita

Comparte con tus familiares y amigos!