Le simulazioni idrodinamiche sono strumenti formidabili per studiare il comportamento dei fluidi astrofisici.
Se abbinati a metodi di risoluzione per N-body, consentono di modellare fenomeni complessi, come la formazione stellare e la dinamica stellare.
Nel progetto “SImulating the Environment where Globular clusters Emerged”, utilizziamo simulazioni idrodinamiche in ambito cosmologico
per indagare i siti di origine dei primi ammassi stellari.
Eseguiamo anche simulazioni non cosmologiche di proto-ammassi globulari isolati, per modellare l’origine delle loro popolazioni stellari multiple.
1) Simulazioni cosmologiche SIEGE
Grazie ai recenti, primi studi osservativi dei progenitori
degli ammassi globulari (GC) ad alto redshift,
gli ammassi stellari hanno riacquistato notevole interesse anche dal punto di vista cosmologico.
Al giorno d’oggi, risolvere il problema della formazione degli ammassi stellari è uno degli obiettivi più ambiziosi
dell’astrofisica. La maggior parte delle stelle si forma in sistemi raggruppati e sia i giovani ammassi massicci (YMC) che i vecchi GC sono presenti in tutte le galassie dell’Universo Locale. I GC sono tipicamente sistemi vecchi, con età superiori a diversi Gyr e dimensioni di pochi parsec, simili alle dimensioni dei giovani ammassi trovati nella Via Lattea (MW) e in altre galassie locali con formazione stellare attiva.
Alla luce di queste prove, è naturale supporre che i vecchi GC rappresentino un sottogruppo, ad oggi ancora in vita, di una popolazione più ampia di aggregati stellari giovani e densi formati ad alto redshift.
Studiare l’origine dei GC in contesto cosmologico è un compito multidisciplinare che richiede conoscenze in vari campi
astronomia. Infatti, l’evoluzione degli ammassi risulta dalla combinazione di vari processi, tra cui la formazione
e l’evoluzione stellare, oltre a meccanismi interni di natura collisionale come il rilassamento di due corpi,
ed esterni, come le interazioni mareali.
Le simulazioni idrodinamiche includono una descrizione accurata di vari processi fisici di base
e sono adatte per uno studio dettagliato della formazione ed evoluzione degli ammassi stellari.
Nel progetto SIEGE vengono presentate le prime simulazioni cosmologiche che includono una modellizzazione del ’feedback’
di stelle singole in contesto cosmologico ed in un codice euleriano (Calura et al. 2022,
MNRAS, 516, 5914). Queste
simulazioni hanno risoluzione molto alta, tra 0.2 e 0.4 parsec, e sono in grado di riprodurre
i dettagli fisici delle “bubbles” generate anche da poche singole stelle massicce,
le maggiori responsabili del feedback stellare.
Pannello a: mappa di densità della materia oscura centrata nel punto della simulazione in cui si formano le prime stelle (a redshift 15.95, corrispondente a 250 Myr di età dell’universo). Il primo aggregato stellare è indicato dal quadrato blu. Pannello b: mappa di densità del gas centrata nel punto In cui si formano le prime stelle. Le prime stelle sono indicate dal quadrato bianco, mentre le frecce rappresentano il campo di velocità del gas. Pannello c: ingrandimento della regione corrispondente al quadrato bianco nel pannello b, in cui le prime stelle sono indicate dai simboli neri. È visibile la ‘bubble’, ovvero la cavità generata dall’energia rilasciata dalle prime stelle massicce, circondata da un ‘guscio’ denso di gas. Pannello d: mappa di temperatura della stessa regione riportata nel pannello c, in cui si nota la alta temperatura interna della ’bubble’ generata dalle prime stelle massicce. Crediti: F. Calura / Mnras 2022
Pubblicazioni:
Pascale, R., Calura, F., Lupi, A., Rosdahl, J., Lacchin, E., Meneghetti, M., Nipoti, C., Vanzella, E., Vesperini, E., Zanella, A., 2023, MNRAS, 526, 1428
Calura, F., Lupi, A., Rosdahl, J., Vanzella, E., Meneghetti, M., Rosati, P., Vesperini, E., Lacchin, E., Pascale, R., Gilli, R., 2022, MNRAS, 516, 5914
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