|
Как эволюционируют галактики с самого зарождения
|
|
|
|
Самая реалистичная на сегодняшний день картина того, как галактики формировались, а затем эволюционировали с начала времен, была представлена в серии новых и уникальных аудиовизуальных симуляций. Эти данные, принятые к публикации в Monthly Notices Королевского астрономического общества, показывают, что стандартная космологическая модель может успешно объяснить наблюдаемый рост галактик, начиная с первого миллиарда лет после Большого взрыва и до наших дней, если учитывать ключевые физические аспекты.
|
|
|
|
В отличие от предыдущих симуляций, "виртуальные вселенные" COLIBRE моделируют холодный газ и космическую пыль внутри галактик — сырье, из которого формируются звезды и которое сильно влияет на то, как галактики выглядят в телескопы.
|
|
|
|
Благодаря включению этих ранее отсутствовавших компонентов и использованию гораздо больших вычислительных мощностей, чем когда-либо прежде, моделирование успешно воспроизводит реальные галактики, как в современной Вселенной, так и в ранней вселенной, видимой космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST).
|
|
|
|
"Большая часть газа внутри реальных галактик холодная и пыльная, но в большинстве предыдущих крупных симуляций это не учитывалось", - сказал руководитель проекта профессор Йооп Шайе (Joop Schaye) из Лейденского университета. "С COLIBRE мы, наконец, представили эти важные компоненты на картинке".
|
|
|
|
|
|
|
Результаты показывают, что наша стандартная модель Вселенной может объяснить формирование галактик более точно, чем считалось ранее, а также открывает новые мощные возможности для сравнения теории с наблюдениями и изучения виртуальной вселенной с помощью визуальных, звуковых и интерактивных инструментов.
|
|
|
|
Цифровые холодные частицы газа и пыли
|
|
|
|
По словам международной команды исследователей, их моделирование COLIBRE открывает новые горизонты в нескольких областях. Более ранние модели искусственно предотвращали охлаждение газа внутри галактик ниже примерно 10 000 градусов по Фаренгейту — более горячего, чем поверхность Солнца, — поскольку моделирование более холодного газа было слишком сложным. Тем не менее, наблюдения показывают, что звезды формируются в холодном газе. COLIBRE включает дополнительные физические и химические процессы, необходимые для непосредственного моделирования этого холодного межзвездного газа.
|
|
|
|
COLIBRE также имитирует мелкие частицы пыли, которые могут оказывать значительное влияние на галактический газ. Эти твердые частицы могут способствовать образованию молекул водорода, которые составляют основную часть холодного газа в галактиках. Пыль также защищает газ от резкого ультрафиолетового излучения и сильно влияет на то, как галактики выглядят в телескопах. Пыль поглощает ультрафиолетовое и оптическое излучение звезд и переизлучает его в инфракрасном диапазоне, формируя многие астрономические наблюдения. Непосредственно моделируя пыль, COLIBRE открывает новые возможности для сравнения результатов моделирования с реальными данными.
|
|
|
|
Благодаря достижениям в области алгоритмов и суперкомпьютерных вычислений, COLIBRE использует в 20 раз больше элементов разрешения, чем предыдущие модели, что позволяет моделировать большие объемы данных с большей детализацией и лучшей статистикой.
|
|
|
|
Исследователи говорят, что COLIBRE демонстрирует, что реалистичное изучение холодного газа, пыли и потоков, создаваемых звездами и черными дырами, имеет решающее значение для понимания эволюции галактик. Он предоставляет новую мощную лабораторию для проверки теорий, интерпретации наблюдений и создания "виртуальных наблюдений", чтобы проверить, как астрономы анализируют реальные данные.
|
|
|
|
Полученные результаты также показывают, что стандартная космологическая модель по-прежнему согласуется с наблюдениями за эволюцией галактик, включая те, которые считались сложными, например, массы галактик в ранней Вселенной.
|
|
|
|
"Считалось, что некоторые ранние результаты JWST бросают вызов стандартной космологической модели", - сказал доктор Евгений Чайкин из Лейденского университета, ведущий автор нескольких сопроводительных статей COLIBRE и соавтор основного исследования. "COLIBRE показывает, что, как только ключевые физические процессы представлены более реалистично, модель согласуется с тем, что мы видим".
|
|
|
|
Тем не менее, еще не все объяснено. Загадочные "маленькие красные точки", обнаруженные JWST, возможно, зародыши сверхмассивных черных дыр, не были предсказаны COLIBRE, которая предполагает, что такие зародыши уже существуют. Моделирование их формирования потребует моделирования с еще более высоким разрешением и новой физики, что укажет путь для будущей работы.
|
|
|
|
Моделирование проводилось с использованием кода SWIFT simulation code на суперкомпьютере COSMA8 в Институте вычислительной космологии Даремского университета, который размещен от имени национального центра Дирака в Великобритании. Для проведения крупнейшего моделирования потребовалось 72 миллиона процессорных часов, а на разработку полной модели международной команде, работавшей в Европе, Австралии и Соединенных Штатах, потребовалось почти 10 лет.
|
|
|
|
Карлос Френк, профессор фундаментальной физики Огдена в Институте вычислительной космологии Даремского университета и один из основных членов команды COLIBRE, сказал: "Очень приятно видеть, как на нашем компьютере появляются "галактики", которые выглядят неотличимыми от реальных и обладают многими свойствами, которые астрономы измеряют в реальных условиях". такие данные, как их количество, яркость, цвета и размеры.
|
|
|
|
"Мне нравится дразнить своих коллег-наблюдателей, спрашивая: "Как вы думаете, из какого каталога галактик получены эти изображения?"
|
|
|
|
Он добавил: "Что самое замечательное, так это то, что мы можем создать эту синтетическую вселенную, просто решив соответствующие уравнения физики расширяющейся Вселенной".
|
|
|
|
Ученые отмечают, что на анализ уже полученных данных уйдут годы. Большинство симуляций были завершены в 2025 году, хотя некоторые из них с самым высоким разрешением все еще выполняются и, как ожидается, завершатся после лета.
|
|
|
|
Помимо традиционных продуктов обработки данных, команда разработала новые способы изучения симуляций. Это включает в себя "озвученные видеоролики", в которых звук кодирует дополнительную физическую информацию, а также интерактивные карты, позволяющие пользователям исследовать виртуальные вселенные.
|
|
|
|
"Мы в восторге не только от науки, но и от создания новых способов ее изучения", - сказал доктор Джеймс Трейфорд из Портсмутского университета, который руководил разработкой модели пыли COLIBRE и обработкой ее визуализаций с помощью ультразвука.
|
|
|
|
"Эти инструменты могли бы дать новое понимание, сделать нашу область более доступной и помочь нам понять, как растут и эволюционируют галактики".
|
|
|
|
Источник
|
