Frontera’daki süper bilgisayar simülasyonları, tüm evrende var olduğu düşünülen en büyük kütleli nesneler olan ultra kütleli kara deliklerin kökenlerini ortaya koyuyor. Burada gösterilen, Astrid simülasyonunda en büyük kuasar (BH1) ve onun ev sahibi galaksi ortamı etrafında merkezlenmiş kuasar üçlü sistemidir. Kırmızı ve sarı çizgiler, BH1’in referans çerçevesindeki diğer iki kuasarın (BH2 ve BH3) yörüngelerini, birbirlerine spiral olarak girip birleşirken işaretler. Kredi bilgileri: Yueying Ni ve ark.
TACC’nin Frontera süper bilgisayarında yürütülen devasa bir simülasyon olan ASTRID kozmolojik simülasyonu, ultra kütleli kara deliklerin araştırılmasına yardımcı oluyor.
Ultra kütleli kara delikler, bazıları Güneş’in kütlesinin milyonlarca hatta milyarlarca katı olan, evrendeki en ağır varlıklardır. TACC’nin Frontera süper bilgisayarında yürütülen simülasyonlar sayesinde astrofizikçiler, yaklaşık 11 milyar yıl önce oluşan bu dev karadeliklerin kökeni hakkında fikir edindiler.
Harvard-Smithsonian’da doktora sonrası araştırmacı olan Yueying Ni, “Ultra kütleli kara delikler için olası bir oluşum kanalının, ‘kozmik öğlen’ çağında meydana gelmesi muhtemel olan büyük galaksilerin aşırı birleşmesinden kaynaklandığını bulduk” dedi. Astrofizik Merkezi.
Ni, yayınlanan çalışmanın baş yazarıdır. bu Astrofizik Dergisi ultra-masif bulunan Kara delik Üçlü kuasarların birleşmesinden oluşan oluşum, iç içe süper kütleli bir kara deliğe düşen gaz ve tozla aydınlatılan üç galaktik çekirdekli sistem.
Teleskop verileriyle el ele çalışan hesaplamalı simülasyonlar, astrofizikçilerin yıldızların ve kara delikler gibi egzotik nesnelerin kökenleri hakkındaki eksik parçaları doldurmasına yardımcı olur.
Bugüne kadarki en büyük kozmolojik simülasyonlardan biri Astrid, Ni tarafından ortaklaşa geliştirildi. Galaksi oluşumu simülasyonları alanındaki parçacık veya hafıza yükü açısından en büyük simülasyondur.
“Astrid’in bilimsel amacı, kozmik tarih boyunca galaksi oluşumunu, süper kütleli kara deliklerin birleşmesini ve yeniden iyonlaşmayı incelemektir” diye açıkladı. Astrid, yüz milyonlarca ışık yılını kapsayan kozmosun büyük hacimlerini modeller, ancak çok yüksek çözünürlüğe yakınlaştırabilir.
Çalışma baş yazarı Yueying Ni, Harvard–Smithsonian Astrofizik Merkezi, Texas Advanced Computing Center, 2022 Frontera Kullanıcı Toplantısında sunum yapıyor. 1 kredi
Ni, Astrid’i, Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından finanse edilen ABD’deki en güçlü akademik süper bilgisayar olan Texas Advanced Computing Center’ın (TACC) Frontera süper bilgisayarını kullanarak geliştirdi.
”Frontera, ilk günden itibaren Astrid gerçekleştirdiğimiz tek sistem. Bu tamamen Frontera tabanlı bir simülasyon,” diye devam etti Ni.
Frontera, binlerce bilgi işlem düğümüne ihtiyaç duyan büyük uygulamaları, bilimin en zorlu hesaplamalarından bazıları için bir araya getirilmiş işlemcilerin ve belleğin bireysel fiziksel sistemlerini destekleme kapasitesi nedeniyle Ni’nin Astrid simülasyonları için idealdir.
”Bu simülasyonu rutin olarak başlatmak için büyük kuyrukta izin verilen maksimum sayı olan 2.048 düğüm kullandık. Yalnızca Frontera gibi büyük süper bilgisayarlarda mümkün,” dedi Ni.
Astrid simülasyonlarından elde ettiği bulgular, tamamen akıllara durgunluk veren bir şeyi gösteriyor: kara deliklerin oluşumu, 10 milyar güneş kütlesi gibi teorik bir üst sınıra ulaşabilir. “Hesaplama açısından çok zorlu bir görev. Ancak bu nadir ve aşırı nesneleri ancak büyük hacimli bir simülasyonla yakalayabilirsiniz,” dedi Ni.
“Bulduğumuz şey, kütlelerini bir araya toplayan ultra-kütleli üç kara delik. kozmik öğlen11 milyar yıl önce yıldız oluşumunun, aktif galaktik çekirdeklerin (AGN) ve süper kütleli karadeliklerin genel olarak zirve aktivitelerine ulaştığı zaman” diye ekledi.
Evrendeki tüm yıldızların yaklaşık yarısı kozmik öğle sırasında doğdu. Bunun kanıtı, uzak gökadalardan gelen tayfların yıldızların yaşları, yıldız oluşum tarihi ve içindeki yıldızların kimyasal elementleri hakkında bilgi verdiği Great Observatories Origins Deep Survey gibi çok sayıda gökada araştırmasının çoklu dalga boyu verilerinden gelir.
Ni, “Bu çağda, üç büyük gökadanın aşırı ve nispeten hızlı bir şekilde birleştiğini tespit ettik” dedi. “Galaksinin kütlelerinin her biri kendi kütlemizin 10 katıdır. Samanyoluve her galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunur. Bulgularımız, bu kuasar üçlü sistemlerinin, bu üçlüler yerçekimsel olarak etkileşime girip birbirleriyle birleştikten sonra, bu nadir ultra kütleli karadeliklerin atası olma olasılığını gösteriyor.”
Dahası, kozmik öğle saatlerinde yeni gökada gözlemleri, süper kütleli karadeliklerin birleşmesini ve ultra kütleli karadeliklerin oluşumunu ortaya çıkarmaya yardımcı olacak. Veriler şimdi geliyor James Webb Uzay Teleskobu (JWST), galaksi morfolojilerinin yüksek çözünürlüklü ayrıntılarıyla.
Ni, “Astrid simülasyonundan JWST verileri için gözlemlerin bir maketini takip ediyoruz,” dedi.
“Ayrıca, geleceğin uzay tabanlı NASA Lazer İnterferometre Uzay Anteni (LISA) yerçekimi dalgası gözlemevi, bu devasa kara deliklerin nasıl birleştiğini ve/veya birleştiğini, hiyerarşik yapıyı, oluşumu ve kozmik tarih boyunca galaksi birleşmelerini çok daha iyi anlamamızı sağlayacak” diye ekledi. “Bu, astrofizikçiler için heyecan verici bir zaman ve bu gözlemler için teorik tahminlere izin verecek simülasyona sahip olabilmemiz iyi bir şey.”
Ni’nin araştırma grubu ayrıca, genel olarak galaksilerin AGN barındırmasıyla ilgili sistematik bir çalışma planlıyor. “AGN ev sahibi galaksilerin morfolojisini ve kozmik öğle vakti galaksinin geniş popülasyonuna kıyasla nasıl farklı olduklarını belirleyen JWST için çok önemli bir bilim hedefidir” diye ekledi.
Ni, “Evrenin bir parçasını çok ayrıntılı bir şekilde modellememize ve gözlemlerden tahminler yapmamıza olanak tanıyan süper bilgisayarlara, teknolojiye erişimimiz olması harika,” dedi.
Referans: Yueying Ni, Tiziana Di Matteo, Nianyi Chen, Rupert Croft ve Simeon Bird, “z ∼ 2’de Üçlü Kuasar Birleşmeleriyle Oluşan Ultra Büyük Kara Delikler”, 30 Kasım 2022, bu Astrofizik Dergi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/aca160
Çalışma, Ulusal Bilim Vakfı ve Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi tarafından finanse edildi.