美國天文學家開發新穎的計算方式模擬星系形成

了解星系的形成和演化非常困難，因為除了重力以外，還涉及許多不同的物理過程，包括與恆星形成和恆星輻射有關的過程，星際介質中氣體的冷卻，來自黑洞積聚的反饋、磁場、宇宙射線等等。天文學家使用電腦模擬星系形成來幫助理解這些過程的相互作用，並解決無法通過觀察來回答的問題，例如：宇宙中第一個星系是如何形成。模擬星系形成需要同時對所有這些各種機制進行建立組合模擬，但是一個關鍵的困難是它們每個都在不同的空間尺度上運行，幾乎不可能同時正確地模擬它們。

哈佛-史密松天體物理中心（Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics）天文學家拉胡爾·坎南（Rahul Kannan）和拉斯·恩奎斯特（Lars Hernquist）團隊開發了一種新穎的計算框架，該框架綜合包括所有這些影響。計算使用名為星系和星系中的多相氣體（Stars and Multiphase Gas in Galaxies，簡稱 SMUGGLE）的新恆星回應框架，該框架集合了涉及輻射、塵埃、分子氫（星際介質的主要成分）的過程，還包括熱和化學模型。星系和星系中的多相氣體反應已合併到流行的AREPO流體動力學代碼中，該代碼可模擬結構的演變，並具有一個附加模塊以包含輻射效果。

天文學家使用銀河系模擬來測試它的結果，與觀測結果非常吻合。他們發現，輻射對恆星形成速度的反應影響相當小，至少在銀河系的例子中，那裡的恆星形成速度僅為每年兩到三個太陽質量。另一方面，他們發現恆星的輻射通過影響與簡單預期不同的熱、暖和冷物質的分佈，極大地改變了星際介質的結構和加熱。該代碼很好地模擬了塵埃溫度分佈，其中溫暖的塵埃（如預期的那樣）位於恆星形成區域附近，而較冷的塵埃（可能低至10K極低溫度）則分佈得更遠。這些新模擬的成功促使研究團隊將他們的工作擴展到更高的時空分辨率下模擬。

【圖、文：節譯自美國太空總署網頁2021年1月29日新聞公佈】研究全文將會刊登在2020年10月20日出版的英國《皇家天文學會月報》