En sus respectivos esfuerzos por comprender el universo y todo lo que comprende, existe una brecha reveladora entre lo que estudian los cosmólogos y los astrofísicos y cómo lo estudian: la escala. Los cosmólogos generalmente se centran en las propiedades a gran escala del universo en su conjunto,como las galaxias y el medio intergaláctico; mientras que los astrofísicos están más interesados en probar teorías físicas de objetos de tamaño pequeño a mediano, como estrellas, supernovas y medio interestelar.
Y sin embargo, los dos campos están más alineados de lo que parece a primera vista, especialmente cuando se observa cómo se formó el universo primitivo.
"Las primeras supernovas son especialmente interesantes no solo para las personas que estudian las estrellas sino también para aquellos que hacen cosmología", dijo Ken Chen, astrofísico de la Asociación de Observatorios del Núcleo de Asia Oriental EACOA y autor principal en un artículo El diario astrofísico que examina cómo las primeras supernovas influyeron en la formación de estrellas y, junto con ella, la evolución del universo. "Esas primeras estrellas fueron muy masivas, y las supernovas que vinieron de estas primeras estrellas también fueron la fuente de la mayoría de los elementos pesadosen la tabla periódica. Para los cosmólogos, estos metales son muy importantes porque proporcionaron enfriamiento y cambiaron la escala de masa de la formación estelar, que también determinó la aparición de galaxias más adelante ".
Para este estudio, Chen y sus colegas de la Universidad de Portsmouth y la Universität Heidelberg realizaron simulaciones en la supercomputadora Edison en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación de Energía del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley NERSC para ilustrar cómo los metales pesados expulsados de las supernovas en explosión ayudaron a las primeras estrellas en elel universo regula la formación estelar posterior. La idea era tomar la investigación previa de supernovas de Chen y extenderla a la cosmología. NERSC es una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
"Queríamos entender la muerte de las estrellas masivas en el universo primitivo, las supernovas, y cómo sus explosiones afectaron más tarde la formación de estrellas en el universo", dijo Chen. "Hay muchos escenarios en los que elementos pesados dellas primeras supernovas se convirtieron en estrellas de segunda generación, pero las simulaciones cosmológicas las modelan en las escalas más grandes. Los cosmólogos tienden a querer ver la formación de galaxias o estructuras cósmicas. Pero en ese tipo de simulaciones no se pueden resolver las pequeñasdetalles, las finas estructuras de cómo las supernovas realmente afectan el gas circundante y cambian la formación de estrellas ".
fotoevaporación de halo de materia oscura
Entonces él y sus colaboradores realizaron simulaciones a pequeña escala y de alta resolución del enriquecimiento químico de un halo de materia oscura a través de metales de una explosión de supernova cercana después de la evaporación parcial por la estrella progenitora. El equipo usó varios cientos de miles de horas de cálculo en NERSCpara producir una serie de simulaciones 2D y 3D que les ayudaron a examinar el papel de la fotoevaporación de halo de materia oscura, donde la radiación energética ioniza el gas y hace que se disperse fuera del halo, jugó no solo en la formación temprana de las estrellas sino tambiénensamblaje de galaxias posteriores.
"En el universo primitivo, las estrellas eran masivas y la radiación que emitían era muy fuerte", explicó Chen. "Entonces, si tienes esta radiación antes de que la estrella explote y se convierta en una supernova, la radiación ya ha causado un daño significativo en elgas que rodea el halo de la estrella "
La evaporación parcial del halo antes de la explosión es crucial para su posterior enriquecimiento por la supernova, enfatizó. Además, cómo los metales expulsados de la explosión se mezclan con el halo es crítico para predecir la cantidad de metales en un segundo-generación de estrellas, que influye en el tamaño y la masa de estas estrellas y, por lo tanto, en la composición de la galaxia. Pero los estudios de cosmología anteriores no han conectado los puntos entre la formación de estrellas y la formación de galaxias en este tipo de detalles, señaló Chen. Eso es lo que provocólos investigadores usarán un enfoque de múltiples escalas y física, empleando dos códigos diferentes: ZEUS-MP, que tiene el transporte de radiación requerido para evaporar el halo, y CASTRO, que se desarrolló en Berkeley Lab y tiene el refinamiento de malla adaptativo necesariopara resolver la colisión del metal expulsado con el halo.
"Los detalles técnicos y la física diferente hacen que estas simulaciones sean mucho más complicadas y difíciles, pero estamos tratando de llenar el vacío entre las simulaciones de pequeña escala estelar y la gran escala galáctica", dijo Chen, y agregó que cree que este estudio es unprimero de su clase: "Estamos tratando de superar los límites y conectar lo que parecen ser dos cosas diferentes, pero en realidad están estrechamente alineados".
Chen, que ha estado computando en NERSC desde 2009, comenzando cuando era un estudiante graduado en la Universidad de Minnesota, Twin Cities, acredita al personal del centro, así como a las supercomputadoras, por hacer posible este trabajo.
"El factor crítico para hacer que la máquina sea más productiva no es solo la velocidad de esa máquina, sino la eficacia con la que puede ejecutar el trabajo, y eso requiere un esfuerzo significativo de apoyo del personal científico y técnico. Esto lo hace posibletrabajar mucho más rápido, y eso es muy crítico "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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