ENGINEERINGNET.BE - De laatste tien jaar zijn simulaties van sterrenstelsels veel beter geworden dankzij de snelle opmars van numerieke modellen en de rekenkracht van supercomputers.
Nu kan het soms bijna onmogelijk zijn om een echt sterrenstelsel te onderscheiden van een gesimuleerd sterrenstelsel,’ zegt sterrenkundige Evgenii Chaikin van ULeiden.
Chaikin werkt aan het COLIBRE-model, samen met collega’s van ULeiden, Groot-Brittannië en andere Europese landen. ‘Dankzij de hoge ruimtelijke resolutie van COLIBRE-simulaties kun je inzoomen op individueel gesimuleerde sterrenstelsels, om de verdeling van het gas en de sterren daarin in detail te bestuderen.’
Ook bevatten COLIBRE-simulaties een groot aantal sterrenstelsels met diverse eigenschappen en ontstaansgeschiedenissen, die onderzoekers op meerdere manieren kunnen selecteren, bestuderen en vergelijken met waarnemingen.
De kunst van een goede simulatie is om de variabelen in een simulatiemodel zo af te stellen, dat het realistische sterrenstelsels genereert. ‘Er zijn veel ingrediënten en soms kan een klein verschil in de afstelling van één ingrediënt een compleet ander beeld opleveren’, zegt Chaikin.
Bijvoorbeeld gasmassa, de verdeling van het gas en de mate van stervorming. ‘Sterren exploderen aan het eind van hun leven. De energie die vrijkomt bij zo’n explosie verwarmt het omringende gas tot zeer hoge temperaturen en duwt het gas uit het sterrenstelsel. Nieuwe sterren ontstaan dan moeilijker, die hebben juist dicht en koud gas nodig.’
Een grote verbetering die het team voor elkaar kreeg, was het realistisch meenemen van koud gas tussen de sterren. ‘Voorheen lukte het bijna nooit goed om dicht gas met temperaturen onder de 1000 Kelvin realistisch in de modellen op te nemen. Terwijl in het echte heelal een groot deel daarvan in moleculaire gaswolken zit, waarin sterren ontstaan.’
Chaikin richtte zich vooral op het realistisch meenemen van het ingrediënt supernova-explosies. Zo’n spectaculaire explosie van een ster vindt plaats op een relatief kleine schaal. ‘Vanwege de onvoldoende ruimtelijke resolutie van de simulaties kunnen we dit proces niet in detail simuleren’, aldus Chaikin.
‘Maar er komt wel veel energie vrij bij zo’n explosie en het is dus van groot belang om supernova-explosies op te nemen in het model van de vorming van sterrenstelsels.’
Chaikin schreef daarom programmacode en kalibreerde de kracht van energetische feedback van supernova-explosies en superzware zwarte gaten in het COLIBRE-model. Op zo’n manier dat de eigenschappen van gesimuleerde sterrenstelsels er realistisch uitkomen.
Enkele testsimulaties toonden veelbelovende resultaten van zijn werk, maar de echte test moet nog komen. Chaikin, die cum laude op dit onderwerp promoveerde: ‘Ik heb een postdoc-aanstelling gekregen, waarin ik aan het COLIBRE-model blijf werken. Het einde van de ontwikkelingsfase van dit model is dichtbij.’
