Симуляции показали, как из тысяч галактик появился Млечный путь

Новое исследование показало, что Млечный Путь не сразу был яркой спиральной галактикой. В первые два миллиарда лет после Большого взрыва область, где позднее возникла наша галактика, представляла собой скопление тысяч небольших галактик разной формы и размера, сообщает Новости. Каждый день.

Со временем эти объекты сталкивались и объединялись, постепенно формируя единую галактику, в которой сейчас находится Земля. Соавтор исследования Харли Кац, доцент кафедры астрономии и астрофизики Чикагского университета, отметил, что процессы, происходившие вскоре после Большого взрыва, напрямую связаны с тем, что ученые наблюдают сегодня в локальной Вселенной.

Для изучения ранней Вселенной астрономы используют сложные компьютерные модели, которые описывают законы природы и возможные сценарии развития космоса. Новая работа стала результатом трех лет расчетов на суперкомпьютерах и представляет собой одну из самых подробных симуляций формирования галактики, похожей на Млечный Путь.

Такая модель особенно важна сейчас, поскольку космический телескоп «Джеймс Уэбб» получает данные о ранней Вселенной, которые не всегда совпадают с прежними расчетами. В частности, телескоп обнаружил неожиданно яркие древние галактики и новый класс компактных объектов, получивших название «маленькие красные точки». По мнению исследователей, эти расхождения показывают необходимость обновления существующих моделей.

Для этого ученые создали набор суперкомпьютерных симуляций «Мегатрон». Он отслеживает древний газ, звездный свет и химические процессы в период от 180 миллионов до двух миллиардов лет после Большого взрыва. Модель предсказывает световые признаки виртуальных галактик, которые затем можно сопоставлять с наблюдениями телескопа «Джеймс Уэбб».

Симуляция также показывает, как появлялись, завершали свой жизненный цикл и создавали важные для будущей жизни элементы первые звезды Вселенной. Сравнение модели с наблюдениями ранних галактик и химическими следами в древних звездах помогает понять, как первые светила обогащали окружающее пространство.

Соавтор исследования Мартин Рей, теоретический астрофизик из Университета Бата, отметил, что такие взаимодополняющие наблюдения позволяют проверять разные модели первых звезд способами, которые раньше были недоступны. Выводы ученые представили в одной из шести статей коллаборации «Мегатрон», опубликованных 30 сентября в журнале The Open Journal of Astrophysics.

Моделирование начинается с момента, когда после Большого взрыва прошло 180 миллионов лет. В этот период во Вселенной еще не было звезд и галактик, а существовал только первичный газ. Затем модель показывает, как первые звезды осветили темную Вселенную и запустили «космический рассвет».

После гибели эти звезды выбрасывали в окружающий газ тяжелые элементы, включая углерод, кислород и железо. Именно они стали основой для появления будущих звезд и планет.

Симуляция завершается на отметке в два миллиарда лет после Большого взрыва. При этом слияния, связанные с формированием Млечного Пути, продолжались и позже. Ученые до сих пор находят следы небольших галактик, которые вошли в состав нашей.

Последнее крупное слияние, связанное с карликовой галактикой Стрельца, началось более шести миллиардов лет назад и продолжается до сих пор. Результаты моделирования помогают понять, как различные физические параметры влияли на раннюю Вселенную, а также точнее сопоставлять наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб» с компьютерными расчетами.

Харли Кац отметил, что в модели остаются вопросы, на которые пока нет точных ответов. По его словам, такие пробелы тоже важны, поскольку могут привести ученых к новым направлениям исследований.

Участники команды «Мегатрон» в Великобритании уже готовят следующее поколение симуляций. Для этого им выделено время на национальных суперкомпьютерах. Новые модели должны учитывать более сложные процессы, в том числе активные черные дыры, которые, как показали наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб», неожиданно часто встречались в ранней Вселенной.