5 Minute
Noi simulări dezvăluie o clasă neașteptată de sisteme stelare
Simulările cosmologice la rezoluție înaltă realizate de Universitatea din Surrey împreună cu colaboratori au identificat o categorie de sisteme stelare antice anterior neobservată, care ar putea deja să se ascundă în Calea Lactee. Studiul, publicat în Nature, folosește suitea de simulări EDGE pentru a urmări 13,8 miliarde de ani de istorie cosmică la rezoluții suficient de fine pentru a surprinde impactul supernovelor individuale. Rezultatele oferă o viziune unificată asupra modului în care se formează clusterele globulare și prezic o populație tranzitorie — „pitice similare clustere-lor globulare” — care îmbină proprietăți ale clusterelor globulare clasice și ale galaxiilor pitice.
Un cluster globular (concentrație albă de stele) apare în mod natural în simulările EDGE cu rezoluție înaltă. Aceste simulări prezic, de asemenea, existența unei noi clase de obiecte: pitice asemănătoare clusterelor globulare. Aceste obiecte noi se formează într-un mod similar clusterelor globulare, dar în propriul lor halou de materie întunecată. Galaxia pitică apropiată Reticulum II ar putea fi un astfel de obiect, ascuns la vedere în curtea noastră cosmică. Dacă este confirmat, oferă constrângeri fără precedent asupra naturii materiei întunecate și un loc nou pentru căutarea primelor stele fără metale.
Context științific și abordarea simulărilor
Clusterele globulare sunt colecții compacte, legate gravitațional, de sute de mii până la milioane de stele care orbitează în jurul galaxiilor mai mari. Sunt printre cele mai vechi sisteme stelare cunoscute și se caracterizează printr-o densitate stellară mare, vârste stelare aproape uniforme și o diversitate chimică redusă. Aceste proprietăți fac originea lor o problemă de lungă durată în astrofizică, parțial pentru că clusterele globulare în general prezintă puține sau niciun fel de dovezi privind existența unei materii întunecate în jur — spre deosebire de galaxiile pitice, care sunt puternic dominate de materie întunecată.
Pentru a explora căile de formare, simulările EDGE modelează formarea galaxiilor la rezoluție ultra-înaltă pe durata timpului cosmic, folosind facilitățile UK DiRAC National Supercomputer. Echipa a inclus colaboratori din mai multe instituții la nivel mondial și a rulat simulări care ar dura decenii pe hardware obișnuit. Prin rezolvarea unor scale de aproximativ 10 ani-lumină, EDGE surprinde feedback-ul localizat al supernovelor individuale și dinamica care poate conduce la formarea sistemelor stelare compacte în interiorul unor medii diferite de materie întunecată.
Concluzii cheie: multiple căi de formare și o nouă clasă hibridă
EDGE arată că clusterele globulare pot apărea prin cel puțin două canale de formare. Unele clustere se formează în regiuni de gaz dens care devin auto-legate și pierd orice materie întunecată înconjurătoare, producând clusterele globulare clasice, sărace în materie întunecată, pe care le observăm. Alte sisteme compacte se formează în interiorul propriilor halouri mici de materie întunecată, dar împărtășesc compactitatea stellară și vârstele vechi tipice clusterelor globulare. Acestea din urmă sunt prezisele „pitice asemănătoare clusterelor globulare”: observabil compacte și asemănătoare clusterelor, dar încorporate într-un halou semnificativ de materie întunecată.
Această diferență structurală subtilă contează. Dacă aceste obiecte hibride există în Universul real, ele ar fi putut fi catalogate de telescoape ca simple clustere globulare, mascându-le conținutul de materie întunecată. Mai mulți sateliți ai Căii Lactee — în special ultra-săraca Reticulum II — sunt evidențiați ca potențiali candidați la statutul de pitice asemănătoare clusterelor globulare. Confirmarea conținutului lor de materie întunecată ar oferi un laborator rar pentru testarea modelelor de materie întunecată și pentru căutarea stelelor extrem de sărace în metale (sau fără metale) din primele generații stelare.
Perspective observaționale și implicații
Pașii următori sunt observații țintite folosind facilități precum Telescopul Spațial James Webb și viitoare sondaje spectroscopice profunde. Datele cinematice de înaltă precizie și spectroscopia rezolvată a stelelor pot distinge un sistem dominat de materie întunecată de un simplu cluster stellar. Stabilirea unei populații de pitice asemănătoare clusterelor globulare ar influența teoriile despre formarea clusterelor stelare, rolul feedback-ului în halourile mici și strategiile pentru găsirea stelelor primordiale.
Perspective de la experți
Dr. Ethan Taylor (Universitatea din Surrey) observă că EDGE a generat aceste sisteme fără a introduce prescripții speciale pentru a forța formarea lor, crescând încrederea că obiectele sunt un rezultat natural al fizicii formării galaxiilor. Profesorul Justin Read adaugă că rezoluția de 10 ani-lumină a simulărilor a fost esențială pentru rezolvarea proceselor fizice care diferențiază canalele de formare a clusterelor.
Concluzie
Simulările EDGE oferă o imagine mai completă a modului în care se formează sistemele stelare compacte și prezic o clasă tranzitorie — pitice asemănătoare clusterelor globulare — care ar putea deja să fie prezente printre sateliții Căii Lactee. Confirmarea acestor obiecte observațional ar deschide noi teste pentru materia întunecată și noi teritorii de căutare pentru cele mai timpurii stele ale Universului, clarificând aspecte ale unei enigme astronomice care durează de secole.
Sursa: scitechdaily
Comentarii