Nya galaxsimuleringar ska sätta stjärnors liv under lupp

Trots att en galax består av många hundra miljarder stjärnor, kan enstaka stjärnors liv och död påverka galaxens form. Men hur går det till? Med en ny typ av modeller ska Oscar Agertz i Lund försöka att koppla den stora, galaxbildande processen till den lilla, stjärnbildande.

Oscar Agertz

Doktor i teoretisk fysik

Wallenberg Academy Fellow 2016

Lärosäte:
Lunds universitet

Forskningsområde:
Galaxbildning

Stellar feedback, ”stjärn-återkoppling”, kallas fenomenet att enskilda stjärnor påverkar sin miljö – till och med utformningen av sin galax. Ett tydligt exempel är när massiva stjärnor dör, och sist i livet omvandlas till supernovor.

En supernova är en explosion som slungar ut enorma mängder energi och materia i den omkringliggande rymden. Då kan det uppstå så kallade galaktiska vindar som pressar ut så mycket materia från galaxen att det påverkar dess storlek och form.

Astronomer som forskar på galaxbildning har sett att om de inte tar hänsyn till supernovornas energi i sina modeller, blir slutresultatet fel. En av de forskarna är Oscar Agertz, vid avdelningen för astronomi och teoretisk fysik vid Lunds universitet.

– Hur viktigt är stellar feedback i små och stora galaxer? Kanske var det viktigast när universum var ungt, eller så är det viktigare i dag. Vi vet inte. Det är inte heller säkert att supernovorna bidrar mest, det kan vara något annat. Vi astronomer behöver fler detaljerade modeller av detta för att kunna förklara de observationer vi gör, säger Oscar Agertz.

Det man vet är att utan påverkan från supernovorna, skulle galaxerna varit mindre och mer massiva än de faktiskt är. Dessutom skulle stjärnbildningen ske på ett helt annat sätt än astronomernas observationer visar.

Tunga stjärnor lever bara några miljoner eller tiotals miljoner år. När de blir supernovor och för ut materia och energi ur galaxen, påverkas nästa generation; nya stjärnor kan inte bildas lika fort.

Simulering med zoom ska kombinera litet och stort

Som Wallenberg Academy Fellow ska Oscar Agertz ta fram nya typer av modeller och simuleringar som knyter samman den lilla skalan, där den enskilda stjärnan bildas, med den stora, galaktiska skalan.

I praktiken är det här två olika fält inom astronomin. De forskare som arbetar med stjärnevolution, alltså hur stjärnor utvecklas, räknar in hela galaxens utveckling på ett förenklat, ungefärligt vis i sina modeller. Andra forskare, som arbetar med galaxbildning, är lika ungefärliga vad gäller liv och död hos enskilda stjärnor.

På senare år har forskare från de två fälten börjat samarbeta mer, men fortfarande är det en stor utmaning att föra ihop de två skalorna. Om man i en datormodell av galaxbildning vägde in alla de miljarder stjärnornas individuella processer skulle det krävas ofattbart mycket datorkraft. Inte ens de superdatorer som Oscar Agertz har tillgång till skulle räcka. Men han har en idé om hur man skulle kunna angripa problemet.

– Jag vill skapa en simulering av en hel galax, med ett slags zoomteknik som gör det möjligt att studera stjärnbildning i vissa regioner. Det blir som att rikta en lupp bara mot delar av galaxen, där man kan se både stjärnorna och galaxen utvecklas precis som de ska, säger Oscar Agertz.

I simuleringen kan superdatorn själv räkna ut vad som händer om man utgår från olika förutsättningar. Men den är inte så stark att den kan räkna sig ända ner till individuella stjärnors sammansättning och livsbana – de uppgifterna lånar Oscar Agertz från forskare som är experter på stjärnevolution, och matar in i modellen.

Han planerar att använda information både från galaxområden där det bildats många stjärnor, och från områden där det bildats få. På så vis blir det möjligt att jämföra de två situationerna för att förstå mer om hur stjärnor påverkar sin omgivning.

”Att bli utnämnd till Wallenberg Academy Fellow är en form av erkännande, och en otroligt viktig grund för att få en karriärväg i Sverige. Jag känner mig väl omhändertagen av Stiftelsen och de är väldigt seriösa i sin satsning. En så här stor privat finansiär är en lyx. Det ger möjligheter som nästan inte finns i andra länder.”

Astronomin en blandning av matematik och skönhet

När Oscar Agertz tänker tillbaka, minns han hur roligt det var med rymdlego när han var i sex-sjuårsåldern. Men det var först i tonåren som han förstod att det fanns människor som faktiskt arbetade med att utforska rymden.

– Jag läste Stephen Hawkings bok Kosmos. Och så kom det en forskare från Linköpings universitet till skolan i Eksjö och pratade med oss om solvindar. Det kändes väldigt spännande när jag insåg att det här faktiskt är ett jobb – att forska.

Oscar Agertz började plugga fysik på Göteborgs universitet, men blev redo för doktorandstudier vid en tid då det inte fanns många svenska doktorandtjänster inom astronomi. Istället flyttade han till Zürich, disputerade i fysik och fördjupade sig i superdatorsimuleringar. Därefter blev det några års forskartjänster i Chicago och i engelska Surrey, innan Oscar Agertz och hans fru ville tillbaka till Sverige. Wallenberg Academy Fellow-anslaget tog dem först till Stockholms universitet, sedan till Lund.

– Det jag gör är en blandning av väldigt rigorös matematik, och visuellt vackra processer. Jag gör film av mina simuleringar i datorn, och genom att titta på dem kan jag upptäcka saker som jag sedan går vidare och räknar på. Dessutom får jag besöka hela världen i mitt jobb, och träffar massor av intressanta människor. Att ”ha världen som sitt arbetsfält” kan låta lite klyschigt, men är faktiskt precis så det är. Det är väldigt stimulerande och roligt.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström