Cosmological simulations

Until a few years ago, studies of galaxy formation have been affected by uncertainties both in the underlying cosmology as well as in the most relevant physical processes. Now we are in the so called "precision cosmology" era, which means that the background model is relatively well defined by a wealth of observations, in particular those of fluctuations in the cosmic micro-wave background. So, we can compute with reasonable confidence the evolution of the dynamically dominant dark matter (DM) component, ruled by gravity. Starting from a reasonable spectrum of primordial density fluctuations, over-density regions above the linear regime collapse into sheets and filaments. Then, matter mainly flows along filaments into dark matter halos. These halos merge to form bigger and bigger halos (hierarchical clustering).The general outcomes of these gravity-only simulations confirm and deepen those obtained by means of analytical analysis, yielding a broad outline of the formation of cosmic structures: galaxies and clusters. Indeed, a full understanding of the processes leading to the formation of cosmic structures, galaxies in particular, would require the much more demanding task of treating the complex physic of luminous (baryonic) matter. Galaxy formation, which occurs in DM halos, involves a complex web of processes: merging of dark matter halos, cooling of gas, collapse and star formation from cold gas, energy input into gas from SNae explosions and winds (energetic feedback), chemical enrichment of gas and stars (chemical feedback), galaxy mergers, luminosity evolution of stellar populations, absorption of starlight by dust and re-emission in IR+sub-mm, formation of super massive black holes, the ensuing AGN activity and its feedback on the interstellar medium. To follow from first principles all these processes in a fully cosmological context, it would span a dynamical range from << 1pc to >10 Mpc. Moreover, many of processes above are still poorly understood. Thus, simulations genuinely from first principles are at present impossible. Two complementary approaches are usually followed: (i) numerical simulations including gas, i.e. smooth particle hydro-dynamical (SPH) simulations, accounting for phenomenological prescriptions of sub-grid physics (e.g. star formation, feedback, SMBH growth), (ii) semi-analytical models (SAMs), using the prescription approach for every process involving baryons. At the OAPd we are deeply involved in both these projects. In particular, SPH simulations focusing on the bar growth and its evolution, for the first time in a fully cosmological frame , and the first SAM model accounting for the feedback from star formation and AGN activity, have been recently performed. Results from both these approaches help us to shed light on, and may be to solve, several crucial points concerning galaxy evolution.

Cosmological Simulations - PAST STUDIES

News – MEDIA INAF

Il notiziario online dell'Istituto Nazionale di Astrofisica
  • Come fornire cibo in modo sostenibile ai futuri esploratori spaziali? Si pensa alla possibilità di coltivare su altri pianeti. Un gruppo di ricercatori dell'Università di Zurigo e dell'Università di Scienze Applicate e Arti di Lucerna ha studiato il processo di micorriza come metodo essenziale per fornire nutrimento alle piante in condizioni estreme come quelle extraterrestri

  • Formate perlopiù da idrogeno molecolare e ricche di monossido di carbonio, queste “nuvolette” si trovano a 26mila anni luce di distanza da noi, e orbitano ad alta velocità a circa un anno luce dal buco nero centrale della Via Lattea, Sagittarius A*

  • Il Festival della Scienza rinnova l’appuntamento a Genova. Undici giorni di conferenze, laboratori, mostre, spettacoli ed eventi speciali dedicati a visitatori di ogni fascia d’età, con un nuovo tema portante: Cambiamenti. Nelle sale del Munizioniere di Palazzo Ducale la mostra istituzionale Inaf "Da zero a ∞". Equazioni, formule e incognite di una rappresentazione simbolica del cosmo

  • Il lancio è avvenuto alle 03:45:28 dalla base di Kourou. È una missione nippo-europea che svelerà i segreti 
del primo pianeta del Sistema solare. Nichi D’Amico: «È l’inizio di una nuova grande avventura per l’Inaf, che vede diversi principal investigators coinvolti»

  • Un telegramma astronomico pubblicato ieri dal team del satellite Agile dà notizia di un improvviso incremento nell’emissione gamma della Nebulosa del Granchio. Ce ne parla Marco Tavani dell’Inaf Iaps di Roma, responsabile scientifico della missione

  • Serena è la suite di strumenti dedicata allo studio delle particelle presenti nell'ambiente attorno a Mercurio, pronta per decollare a bordo della missione BepiColombo. A lei il compito di raccogliere informazioni sulla tenue atmosfera del pianeta e su come questa interagisca con l'attività del vicino Sole. L'intervista a Stefano Orsini, dell'Inaf, responsabile scientifico di Serena

Edu INAF - Risorse e iniziative per la scuola e la società dell'INAF

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