우리는 우주를 얼마나 멀리까지 볼 수 있나요? 관찰 거리가 충분하지 않으면 어떻게 해야 합니까?

왜 천문학에서 컴퓨터 기술의 역할이 점점 더 커지고 있나요?

우주 최초의 별의 형성을 관찰하는 것은 매우 어렵습니다. 최근 조지아공대 상대론적 천체물리학 센터 연구진이 우주의 최초 별 형성을 이해하기 위한 연구를 수행했습니다. 시뮬레이션은 첫 번째 별의 형성을 보여줍니다.

천문학자, 천체물리학자, 우주론자에게 우주에서 형성된 최초의 별을 발견하는 능력은 항상 파악하기 어려운 일이었습니다. 한편으로, 우리의 기존 망원경과 관측소는 제한되어 있으며 지금까지만 볼 수 있습니다. 지금까지 우리가 관찰한 가장 먼 물체는 지구에서 132억 광년 떨어져 있는 MACS 1149-JD 은하입니다. 허블 극. 허블 eXtreme Deep Field(XDF) 이미지에서 발견되었습니다.

한편, 빅뱅 이후 10억년 동안 우주는 우주론자들이 말하는 '암흑시대'를 겪고 있었다. 이 기간 동안 우주는 가시광선을 차단할 수 있는 물질로 가득 차 있었다. . 및 적외선의 가스 구름. 다행스럽게도 조지아 공과대학 상대론적 천체물리학 센터의 연구진이 최근 최초의 별의 형성 과정을 시뮬레이션했습니다.

그들의 발견을 설명하는 연구는 왕립천문학회 월간지(MNRAS)에 게재되었습니다. 팀은 박사후 연구원 Gen Chiaki와 부교수 John Wise 리더로 구성되었으며 연구 구성원은 로마 대학에서 왔습니다. , 로마 천문대, 이탈리아 국립 천체 물리학 연구소 (INAF) 및 이탈리아 국립 핵 물리학 연구소 (INFN).

그림: 허블 eXtreme Deep Field(XDF) 이미지. 출처: NASA

천체물리학자들은 별의 삶과 죽음의 순환을 토대로 우주 최초의 별에는 금속이 매우 부족했다고 추측해 왔습니다. 빅뱅 이후 약 1억년 후에 이 별들은 수소, 헬륨 및 미량의 경금속의 원시 혼합물로 형성되었으며, 이 혼합물의 붕괴로 인해 태양보다 질량이 1,000배 더 큰 별이 탄생했습니다.

이 별들은 너무 크기 때문에 오랫동안 살 수 없습니다. 이 기간 동안 이 별들의 핵반응은 새롭고 무거운 원소를 생성하게 됩니다. 별이 붕괴되고 결국 초신성이 폭발하면 이 새로운 원소는 우주 전체에 흩어지게 됩니다. 결과적으로 차세대 별은 탄소와 같은 더 무거운 원소를 포함하고 탄소 강화 금속 부족 별이 될 것입니다.

첫 번째 별에서 나온 무거운 원소의 핵합성(핵융합)이 이 별의 구성을 결정했으며 이제 천문학자들은 이 별의 구성을 볼 수 있습니다. 과학자들은 금속이 부족한 별이 형성되는 메커니즘을 연구함으로써 우주의 "암흑 시대"에 최초의 별이 형성되었을 때 어떤 일이 일어났는지 추론할 수 있습니다. Wise가 TACC(텍사스 첨단 컴퓨팅 센터) 기자 회견에서 말했듯이 "우리는 1세대 별을 볼 수 없으므로 우주에서 오는 별을 실제로 관찰하는 것이 핵심입니다. 초기 별(2세대 별)의 살아있는 화석 별), 이 별들은 1세대 별의 지문, 즉 1세대 별의 초신성 폭발 이후 생성된 화학물질로 덮여 있기 때문입니다."

"이것이 우리의 시뮬레이션이 작동하는 곳입니다. 시뮬레이션을 실행하면 금속이 어디서 왔는지, 최초의 별과 초신성 폭발이 오늘날까지 살아남은 살아있는 화석에 어떤 영향을 미쳤는지 확인할 수 있는 단편 영화를 볼 수 있습니다. ."

그림: 밀도, 온도, 탄소 풍부도(그래프 상단) 및 Pop III 별의 형성 기간(그래프 하단). 출처: Chiaki Gen 외.

연구팀의 시뮬레이션 계산은 주로 Georgia Institute of Technology Advanced Computing Environment Partnership 컴퓨터 클러스터에 의존합니다. 또한 NSF(National Science Foundation), Extreme Science and Engineering Discovery도 있습니다. 환경 컴퓨팅 클러스터(XSEDE), 텍사스 첨단 컴퓨팅 센터의 Stampede2 슈퍼컴퓨터, 국립 과학 재단이 지원하는 Frontera 시스템(세계에서 가장 빠른 학술 슈퍼컴퓨터), 샌디에고 슈퍼컴퓨터 SDSC 컴퓨터 센터의 Comet 컴퓨터 클러스터도 시뮬레이션을 지원했습니다. .

이러한 컴퓨터 클러스터가 제공하는 슈퍼 컴퓨팅 성능과 방대한 데이터 저장 공간을 통해 연구팀은 우주 최초의 별들 사이에서 일어나는 희미한 초신성 폭발(희미한 초신성)을 시뮬레이션할 수 있었습니다. 시뮬레이션 결과, 우주의 첫 번째 별 이후에 형성된 금속이 부족한 별은 첫 번째 별의 초신성 폭발 이후 방출된 물질과 혼합된 후 탄소 함량이 증가한 것으로 나타났습니다.

또한 시뮬레이션에 따르면 1세대 별의 초신성 폭발로 인해 생성된 가스 구름에 탄소 입자가 쌓여 저질량 "거금속이 부족한" 별이 오늘날에도 여전히 존재할 가능성이 높습니다. 향후 탐사를 통해 연구할 수 있습니다.)

이런 종류의 별에 대해 치아키 위안(Chiaki Yuan)은 다음과 같이 말했습니다:

"관측된 탄소 강화 별과 비교할 때 우리는 이런 종류의 별의 철 함량이 매우 낮아 철 함량의 수십억분의 1에 불과하다는 것을 발견했습니다." 1. 그러나 우리는 가스 구름의 파편을 볼 수 있는데, 이는 이러한 작은 질량의 별이 철 함량이 낮은 상태에서 형성되었음을 시사하지만, 그러한 별은 결코 관찰된 적이 없다는 것을 우리의 연구는 보여줍니다. . 최초의 별 형성에 대한 이론적 통찰."

삽화: 52개의 서브밀리미터 은하를 조사한 새로운 연구는 초기 우주를 이해하는 데 도움이 됩니다. 출처: 노팅엄대학교 오마르 알마이니(Omar Almaini)

이 조사는 "은하 고고학"이라는 신흥 분야의 일부입니다. 고고학자들이 수세기 또는 수천년 전에 사라진 사회를 연구하기 위해 보존된 화석과 역사적 유물에 의존하는 것처럼, 천문학자들도 오랫동안 멸종된 별을 연구하기 위해 연구할 고대 별을 찾고 있습니다.

치아키에 따르면 다음 단계는 고대 별의 탄소 특징에만 국한되지 않고 다른 무거운 원소도 더 큰 시뮬레이션에 통합될 것이라고 합니다. 이를 통해 은하 고고학자들은 우리 우주에서 생명의 기원과 분포에 대해 더 많이 배우기를 희망합니다. 위안 치아키는 "우리 연구의 목표는 탄소, 산소, 칼슘과 같은 원소의 기원을 이해하는 것"이라며 "이 원소들은 별과 별 사이의 반복되는 물질 순환을 통해 농축되고, 우리 몸과 지구는 탄소, 산소, 질소 및 칼슘으로 구성되어 있으므로 우리의 연구는 우리를 인간으로 만드는 요소의 기원을 이해하는 데 필수적입니다.

”

작성자: MATT WILLIAMS

FY: redbeard305050

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