Команда американских и немецких ученых недавно презентовала новое моделирование эволюции галактик. Теперь TNG50 считается самой детальной масштабной космической моделью. С ее помощью получится понять, как формировались и развивались галактики с момента Большого взрыва.
Важно понимать, что космологические симуляции проводили и раньше. Однако приходилось все время сталкиваться с компромиссом, выбирая один из двух вариантов:
- создавать детальные симуляции небольших пространств.
- охватывать большие территории, но без детализирования.
Детальное, но ограниченное, моделирование учитывает несколько галактик, что мешает получить статистические выводы. Если же речь идет о больших масштабах, то не получается рассмотреть нюансы. TNG50 считается уникальной симуляцией, которая наконец-то позволила учесть сразу два варианта.
То есть, это масштабная космологическая модель (Вселенная в коробке) с возможностью рассмотреть детали для отдельных галактик. Ученые создали симуляцию куба космического пространства с длиной в 230 млн. световых лет. TNG50 может определять физические явления в галактиках и одновременно с этим отслеживает эволюцию тысяч галактик за 13.8 млрд. лет.
В симуляции, на вычисление которой потребовалось 16000 ядер суперкомпьютера Hazel Hen, учитывают 20 млрд. частиц, отображающих темную материю, звезды, газ, магнитные поля и сверхмассивные черные дыры. На создание модели потратили 7 лет работы по 24 часа в сутки.
Теперь исследователи представили первые научные результаты, которых даже не ожидали увидеть. Первый касается спиральных «дисковых» галактик, вроде Млечного Пути. Симуляция сыграла роль машины времени и отмотала назад процесс развития дисковых галактик, наблюдая, как эти структуры появились из хаотичных газовых облаков.
Когда газ оседает, новые звезды начинают движение по более круглым орбитам, пока постепенно не создаются спиральные галактики. TNG50 позволяет не только отследить прошлое Млечного Пути, но и спрогнозировать будущее. Модели показывают, что в последние 10 млрд. лет такие галактики все больше напоминают диск, так как сокращают внутренние хаотичные движения звезд.
Когда галактики сгладились, исследователи заметили еще одно явление. Все начинается с взрывов сверхмассивных звезд и активности сверхмассивных черных дыр. Хаотичные газовые потоки сначала текут во всех направлениях. Но со временем они становятся более сфокусированными.
В более поздней Вселенной потоки из галактик начинают напоминать два конуса, в центре которых вращается галактика. Постепенно они принимают форму фонтана, выбрасывающего переработанный газ. Именно этот процесс перераспределяет газ из галактического центра к ее окраинам, из-за чего галактика еще быстрее приобретает форму плоского диска.
Ученые продолжают расшифровывать данные симуляции TNG50. Они считают, что вскоре смогут сделать еще больше интересных и удивительных открытий о нашей Вселенной. Но их уже завораживает наблюдение того, как идеальный порядок галактических форм возникает из хаоса.