Probabilistische modellen voor de geboorte en dood van sterren: emulatie als innovatieve oplossing voor snelle en precieze stralingskoeling

Elektromagnetische straling is een efficiënt mechanisme voor warmteoverdracht en speelt een cruciale rol in de astrofysica. Zo is stralingskoeling van kritisch belang bij zowel de geboorte als de dood van sterren: stralingskoeling dicteert (1) of een moleculaire wolk tijdens zijn gravitationele instorting voldoende kan afkoelen om de nodige dichtheid te bereiken om sterren te vormen, en (2) of de buitenlagen van geëvolueerde sterren voldoende kunnen afkoelen om de juiste voorwaarden te scheppen zodat stof kan condenseren en een sterrenwind kan worden geïnitieerd. Ondanks het cruciale belang van stralingskoeling, wordt het vaak ruwweg benaderd, omdat de exacte berekening computationeel onhaalbaar is. Daarenboven omvat geen enkele bestaande formulering enige onzekerheidsbepaling, wat het moeilijk maakt om eenduidige besluiten te trekken uit de berekeningen. In dit project ontwikkelen we een probabilistische methode om stralingskoeling te berekenen, die zich tevens makkelijk leent tot onzekerheidsbepaling. Verder reduceren we de computationele kost met een hybride-emulator die voor een klein deel van het model de exacte stralingskoeling berekent en de rest afschat met een getrainde emulator. Hierdoor kunnen we stralingskoeling berekenen aan een ongezien lage tijdskost en met onzekerheidsbepaling. We demonstreren de kracht van onze nieuwe methode aan de hand van twee toepassingen: de thermo-chemische structuur van sterrenwinden en de stabiliteit van stervormingswolken.