Дослідники провели одне з найскладніших астрофізичних обчислень, щоб представити 13,8 мільярда років історії в крихітному кубі космосу. Завдяки цьому вони спостерігали нові властивості галактик

Пов’язані новини

Давайте на мить уявимо, що весь Всесвіт - це людина. Людство народилося, коли ця людина вже доросла і зріла, але нам цікаво знати, якими були її юність, дитинство та народження, 13,8 мільярда років тому. Щоб з’ясувати це, ми не можемо подорожувати у минулому, Але ми можемо дивитись на наші інструменти якомога далі, щоб уловити світло, яке віддалені галактики випромінювали мільярди років тому, коли ця людина була молодшою. Таким чином, серед іншого, космологи намагаються зрозуміти еволюцію Всесвіту: як конденсується матерія, коли Всесвіт стає прозорим, де і чому маса накопичується в деяких місцях, коли простір-час розширюється. А також як народилися насіння зірок і галактик, перших чорних дір, як і коли померли перші зірки або як старіють галактики.

перед

Зрештою, всі ті складні та захоплюючі явища, які здаються плодом фантазії, є реальними, вони знаходяться по той бік простого телескопа, і пояснити, звідки ми родом і де живемо. Два дослідження, опубліковані цього тижня в "Щомісячних повідомленнях Королівського астрономічного товариства", доклали великих зусиль для реконструкції історії Всесвіту. Вчені з Інституту астрофізики та астрономії імені Макса Планка (Німеччина) провели це найповніше моделювання всієї історії життя Всесвіту, відтворюючи загальну еволюцію, але також народження зірок і галактик. Робота наслідувала еволюцію 20 000 мільйонів частинок і вимагала внеску 16 000 ядер від суперкомп'ютера Hazel Hen, цілодобово, щодня на тиждень, протягом цілого року.

Мініатюрний Всесвіт

Результатом усієї цієї роботи є TNG50, найбільш детальне масштабне космологічне моделювання на сьогодні. Крім того, ця модель вперше показала, що геометрія космічних газових потоків навколо галактик визначає їх структуру, і навпаки. Це також дозволило нам спостерігати, як галактики набувають свою сплощену структуру з часом від аморфних газових хмар.

Чеснотою TNG50 є поєднання двох моделювань: одне, що представляє еволюцію всього Всесвіту в "коробці", а друге, яке змогло спуститися до високого рівня деталізації, так, ціною великі інвестиції в ресурси суперкомп'ютера. Насправді це одне з найскладніших астрофізичних обчислень, коли-небудь зроблених.

Результат є моделювання "куба" Всесвіту 230 мільйонів світлових років на стороні, з можливістю розпізнавати події з часовим дозволом у мільйон років. Крім того, TNG50 відстежує еволюцію тисяч галактик і 20 мільярдів частинок, що представляють темну речовину, зірки, космічний газ, магнітні поля та надмасивні чорні діри протягом 13,8 мільярдів років.

Невідкладні властивості у Всесвіті

"Такі чисельні експерименти особливо успішні, коли ви отримуєте більше, ніж інвестуєте", - заявив Ділан Нельсон, співдиректор з досліджень Анналіси Піллепіч. «У нашому моделюванні, ми бачили явища, які не були чітко запрограмовані в коді. Вони просто з’явилися природним шляхом завдяки складній взаємодії основних фізичних інгредієнтів нашої моделі Всесвіту.

Насправді моделювання TNG50 відображало дві нові поведінки, не запрограмовані для цього. Одним із них є утворення обертових галактичних дисків від великих хаотичних газових хмар у ранні часи. Інший - це генерація сильних газових "вітрів" виникла в наднових і надмасивних чорних дірах.

Народження галактик

Перше явище показує як аморфні хмари сплющуються, обертаються і утворюють спіральні галактики. Крім того, за словами Анналіси Піллепіч, робота показує, як за останні 10 мільярдів років галактики сплющувались і їх хаотична структура була впорядкована: «Всесвіт був набагато хаотичнішим, коли йому було лише кілька мільярдів років!», Сказав дослідник.

Крім того, якщо в попередні часи галактики випромінювали газові струмені в усіх напрямках, через активність наднових і надмасивних чорних дір, з часом ці потоки мали тенденцію орієнтуватися, поки не містились у двох великих конусах, в центрі яких знаходиться сама галактика.

Галактичні джерела

Крім того, моделювання показує, як потік цих струменів сповільнюється внаслідок витягування ореолів темної речовини. Тож до того, що струмені йдуть назад і падають на периферію галактик, ніби вони є джерелом, що дозволяє переробляти цю речовину та енергію. Насправді, на думку авторів, ці струмені сприяють тому, щоб галактика мала форму диска, а сам диск сприяє утворенню цих фонтанів.

Результати цих двох досліджень вже самі по собі цікаві, але в майбутньому дані моделювання TNG50 будуть доступні всім астрономам. Тому автори цих досліджень сподіваємось, що нові відкриваючі властивості Всесвіту можуть бути відкриті. Вони, безсумнівно, допоможуть зрозуміти захоплюючу історію місця, де ми живемо.