28.8K
Новейшие вычислительные методы позволили создать самую реалистичную модель Вселенной. Инструмент дает важную информацию о том, как черные дыры влияют на распределение темной материи, как тяжелые элементы производятся и распространяются по всему космосу и откуда возникают магнитные поля. Результаты работы представлены серией статей в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Новая компьютерная модель получила обозначение IllustrisTNG. Она является усовершенствованным преемником Illustris и была разработана астрофизиками из Гейдельбергского университета (Германия), институтов Астрономии и Астрофизики Макса Планка (Германия), Гарвардского университета (США), Массачусетского технологического института (США) и Центра вычислительной астрофизики (США).
IllustrisTNG стала самым продвинутым симулятором такого рода.
Детали и масштаб моделирования позволяют изучать формирование, развитие и рост галактик, учитывая процесс звездообразования. «Когда мы наблюдаем галактики с помощью телескопа, мы можем раскрыть лишь некоторые их свойства. С помощью моделирования перед нами открываются все их характеристики. При этом мы можем проследить весь жизненный цикл галактики, вплоть до ее рождения», – рассказывает Шай Генель, участник проекта из Центра вычислительной астрофизики.
Сопоставление путей эволюции галактик в симуляции дает представление о том, как мог выглядеть Млечный Путь в эпоху формирования Земли, и как он изменится в будущем.
Моделирование реалистичной Вселенной
IllustrisTNG, в отличие от предшественника, учитывает физические процессы, которые играют решающую роль в формировании и эволюции галактик.
Как и в Illustris, проект моделирует кубическую Вселенную. На этот раз ученые воссоздали образование миллионов галактик в регионе, каждая из сторон которого простирается почти на 1 миллиард световых лет.
Космическая сеть газа и темной материи, созданная IllustrisTNG, формирует галактики очень похожие на реальные по форме и размеру. Впервые гидродинамическое моделирование позволило создать подробную картину кластеризации галактик, при этом демонстрируя высокую степень реализма.
Кроме того, IllustrisTNG предсказывает, как космическая паутина изменяется со временем. «Особенно увлекательно, что мы можем точно предсказать влияние сверхмассивных черных дыр на распределение вещества в больших масштабах. Это важно для верного толкования предстоящих космологических измерений», – говорит Волкер Спрингел из Гейдельбергского университета.
Всплеск звездообразования и сверхмассивные черные дыры
Новая симуляция также смогла продемонстрировать влияние черных дыр на галактики. Звездообразующие галактики ярко сияют в синем свете молодых звезд, пока внезапный эволюционный сдвиг не прекратит рождение новых светил.
«Единственными физическими объектами в нашей симуляции, способными потушить звездообразование в больших эллиптических галактиках, являются сверхмассивные черные дыры в их центрах. Сверхбыстрые выбросы этих гравитационных ловушек, частицы в которых разгоняются до 10 процентов от скорости света, оказывают разрушительное влияние на гигантские звездные системы», – объяснил Дилан Нельсон из Института астрофизики Макса Планка.
Образование больших галактик
IllustrisTNG помогает лучше понять процесс формирования галактик. Теоретики предсказывают, что сначала должны образовываться маленькие галактики, а затем под действием силы притяжения они сливаются и образуют большие структуры. Многочисленные столкновения буквально раздирают некоторые из них и разбрасывают их звезды на широкие орбиты вокруг вновь созданных галактик, что должно давать им слабое фоновое сияние звездного света. Эти предсказанные ореолы очень трудно наблюдать из-за их низкой яркости, но IllustrisTNG смог точно имитировать то, что нужно искать астрономам.
«Наши прогнозы теперь могут систематически проверяться наблюдателями. Симуляция провела важное испытание иерархической концепции формирования галактик», — заключила Анналиса Пиллепич, исследователь из Института астрономии Макса Планка.