Astronomen gebruiken distributed computing om een oud dwergsterrenstelsel te reconstrueren
Astronomen hebben met behulp van het 1,5 PetaFLOPS sterke Milkyway@home distributed computingnetwerk de oorspronkelijke massa en grootte berekend van een dwergsterrenstelsel dat enkele miljarden jaren geleden werd versnipperd bij een botsing met ons eigen Melkwegstelsel.
Het is bekend dat er enkele tientallen dwergsterrenstelsels om ons Melkwegstelsel draaien. In de loop van miljarden jaren worden deze dwergsterrenstelsels verstoord en worden ze uitgerekt tot getijdestromen rond ons Melkwegstelsel.
De posities en snelheden van de sterren waaruit deze stromen bestaan bevatten daarom informatie over het zwaartekrachtsveld van de Melkweg.
Als zodanig fungeren dwergsterrenstelsels als zwaartekrachtsondes voor het bepalen van de verdeling van de zwaartekracht in de Melkweg.
In 2006 ontdekten twee teams van astronomen onafhankelijk van elkaar, tijdens het bestuderen van de Sagittariusstroom, een nieuwe sterrenstroom. Bij gebrek aan een zichtbare voorouder werd deze sterrenstroom de Orphan (wees)-stroom genoemd.
Het zuidelijke deel werd later Chenab genoemd. Dit was voordat men ontdekte dat beide delen van de stroom, nu bekend als de Orphan-Chenab Stroom, het gevolg waren van de getijdenverstoring van hetzelfde dwergsterrenstelsel.
De onderzoekers hebben simulaties uitgevoerd die deze grote stroom sterren een paar miljard jaar lang ondersteunen en ze hebben gekeken hoe het eruit zag voordat het dwergsterrenstelsel in de Melkweg uiteen viel. Ze hebben nu een meting aan de hand van gegevens en dit wordt gezien als de eerste grote stap in de richting van het gebruik van de informatie om donkere materie in de Melkweg te vinden.
Om de interne structuur van het dwergsterrenstelsel dat de voorloper is van de Orphan-Chenab Stroom te onderzoeken gebruikten de onderzoekers van het Rensselaer Polytechnisch Instituut in New York het Milkyway@home distributed computingnetwerk. Dit is een uit ongeveer 26.000 vrijwillig aangeboden computers bestaande supercomputer met een totale rekencapaciteit van 1,5 PetaFLOPS
Het is een enorm probleem en dat kan alleen worden opgelost door tienduizenden simulaties uit te voeren totdat er eentje wordt verkregen die echt overeenkomt met de waarnemen, aldus de onderzoekers. Het kost enorm veel rekenkracht en die krijgt men het de hulp van vrijwilligers ver de hele wereld die deel uitmaken van Milkyway@home.
Er wordt brute rekenkracht ingezet maar gezien de complexiteit van het probleem heeft deze methode volgens de onderzoekers wel zijn voordelen.
De astronomen schatten de totale massa van de voorloper van het dwergsterrenstelsel waarvan de sterren tegenwoordig de Orphan-Chenab-stroom vormen op ongeveer 2 * 107 zonsmassa.
Er wordt echter geschat dat slechts iets meer dan 1% van die massa bestaat uit gewone materie zoals sterren. De rest wordt verondersteld donkere materie te zijn die zwaartekracht uitoefent. Deze kunnen we niet zien omdat donkere materie geen licht uitzendt of absorbeert.
Sterren die deel uitmaken van getijdenstromen zijn de enige sterren in ons sterrenstelsel waarvan het mogelijk is om hun positie in het verleden te kennen. Door naar de huidige snelheden van sterren langs een getijdenstroom te kijken en te weten dat ze allemaal op ongeveer dezelfde plaats waren en met dezelfde snelheid bewogen, kunnen astronomen erachter komen hoeveel de zwaartekracht langs die stroom verandert. En dat verschaft informatie over waar donkere materie zich in ons sterrenstelsel bevindt.
Het team ontdekte ook dat de voorloper van de Orphan-Chenab-stroom minder massa heeft dan de sterrenstelsels die tegenwoordig aan de rand van de Melkweg hebben.
De gemeten massa van de voorloper bevindt zich aan de onderkant van eerdere metingen en verlaagt, indien bevestigt, het massabereik van ultrazwakke dwergsterrenstelsels.
Volgens de astronomen gaat hun optimalisatie uit van een vast Melkwegpotentieel, de baan van de Orphan-Chenab-stroom en een radiaal profiel voor de voorloper, waarbij de invloed van de Grote Magelhaanse Wolk wordt genegeerd.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift the Astrophysical Journal.
Artikel: Eric J. Mendelsohn et al. 2022. Estimate of the Mass and Radial Profile of the Orphan-Chenab Stream’s Dwarf-galaxy Progenitor Using MilkyWay@home. ApJ 926, 106; doi: 10.3847/1538-4357/ac498a
Eerste publicatie: 20 februari 2022
Bron: Sci-News