Comprendre la formation et l'évolution des galaxies est difficile car de nombreux processus physiques différents en plus de la gravité sont impliqués, y compris les processus associés à la formation d'étoiles et au rayonnement stellaire, le refroidissement du gaz dans le milieu interstellaire, rétroaction de l'accrétion de trous noirs, champs magnétiques, rayons cosmiques, et plus. Les astronomes ont utilisé des simulations informatiques de la formation des galaxies pour aider à comprendre l'interaction de ces processus et répondre à des questions auxquelles il n'est pas encore possible de répondre par des observations, comme la formation des premières galaxies de l'univers. Les simulations de formation de galaxies nécessitent la modélisation auto-cohérente de tous ces différents mécanismes à la fois, mais une difficulté clé est que chacun d'eux fonctionne à une échelle spatiale différente, ce qui rend presque impossible de les simuler correctement tous en même temps. Afflux de gaz du milieu intergalactique dans une galaxie, par exemple, se déroule sur des millions d'années-lumière, les vents des étoiles ont une influence sur des centaines d'années-lumière, tandis que la rétroaction du trou noir de son disque d'accrétion se produit à des échelles de millièmes d'année-lumière.

Les astronomes du CFA Rahul Kannan et Lars Hernquist, avec leurs collègues, ont développé un nouveau cadre de calcul qui inclut de manière cohérente tous ces effets. Les calculs utilisent un nouveau cadre de rétroaction stellaire appelé Stars and Multiphase Gas in Galaxies (SMUGGLE) qui intègre des processus impliquant le rayonnement, poussière, l'hydrogène moléculaire (le composant dominant du milieu interstellaire) et comprend également la modélisation thermique et chimique. Le retour d'information SMUGGLE est intégré au célèbre code hydrodynamique AREPO qui simule l'évolution des structures, et qui a un module supplémentaire pour inclure les effets des rayonnements.

Les astronomes utilisent une simulation de la Voie lactée pour tester leurs résultats, et rapportent un très bon accord avec les observations. Ils constatent que les effets de rétroaction du rayonnement sur les taux de formation d'étoiles sont assez modestes, au moins dans un exemple de Voie Lactée, où les étoiles se forment à un rythme de seulement deux à trois masses solaires par an. D'autre part, ils constatent que le rayonnement des étoiles modifie radicalement la structure et le chauffage du milieu interstellaire en influençant la répartition du chaud, chaleureux, et un matériau froid qui s'écarte de la simple attente. Le code fait un bon travail de simulation de la distribution de la température de la poussière avec de la poussière chaude se trouvant (comme prévu) près des régions de formation d'étoiles mais avec la poussière froide, peut-être aussi bas que dix kelvins, distribué plus loin. Le succès de ces nouvelles simulations incite les auteurs à étendre leurs travaux à des simulations à résolution spatiale encore plus fine.