Вселенная огромна за гранью воображения, содержит миллиарды и миллиарды галактик. Мы довольно хорошо разбираемся во многих галактических динамиках, но как эти колоссальные объекты формируются, растут и изменяются, мы все еще пытаемся понять.
Войдите в UniverseMachine: программное обеспечение для моделирования, работающее на мощном суперкомпьютере, способное вырастить миллионы вселенных, чтобы космологи могли изучать, как они развиваются с течением времени.
Конечно, мы можем многому научиться из наблюдений и дедукции, но компьютерное моделирование является мощным инструментом, помогающим нам заполнить пробелы. Обычно они используются в меньших масштабах, но в этом случае исследователи использовали универсальную машину, чтобы пробежать почти всю временную шкалу нашей Вселенной — примерно с 400 миллионов лет после Большого Взрыва, вплоть до настоящего времени.
«На компьютере мы можем создать много разных вселенных и сравнить их с реальной», — сказал астроном Питер Бехрузи из Университета Аризоны. «Это позволяет нам сделать вывод, какие правила привели к тому, который мы видим«.
Так вот что они сделали. Их моделирование произвело более 8 миллионов вселенных, что заняло 400 000 часов ЦП, при этом исследователи постоянно настраивали параметры, чтобы посмотреть, как эти изменения могут повлиять на конечный результат.
Они обнаружили, что моделируемые вселенные, больше всего похожие на нашу собственную настоящую Вселенную, имеют схожие физические правила.
И они также обнаружили, что наше понимание звездообразования может быть немного … ну, неправильно.
Считается, что звезды образуются, когда плотные узлы и морщины в газовых облаках — как туманности — разрушаются под действием собственного веса, начиная с процесса звездной аккреции. Но также считается, что это должен быть охлаждающий газ; чем горячее газ, тем сложнее формироваться звездам.
Предполагается, что доказательством этого являются сверхмассивные черные дыры в центре большинства галактик. Когда они активны, они нагревают материал вокруг себя, что, как мы думали, работало, чтобы погасить образование звезд, даже когда газ был в наличии.
Этот нагрев также может быть произведен взрывающимися звездами. И темная материя — таинственное неизвестное вещество, добавляющее гравитационную массу во Вселенную — также, как считается, нагревает газ, поэтому считалось, что это также сыграло свою роль в предотвращении образования звезд.
Но это не то, что исследователи видели в своих симуляциях.
«Поскольку мы возвращаемся все раньше и раньше во Вселенной, мы ожидаем, что темная материя будет плотнее, и поэтому газ будет становиться все горячее и горячее. Это плохо для звездообразования, поэтому мы думали, что многие галактики в ранней Вселенной должны были давно перестать образовывать звезды«, — сказал Бехрузи.
«Но мы обнаружили обратное: галактики данного размера с большей вероятностью будут образовывать звезды с большей скоростью, вопреки ожиданиям».
Когда команда провела симуляции с закалкой звездообразования, конечный результат показал, что вселенная сильно отличается от реальной, с галактиками неправильного цвета: намного краснее, чем ожидалось, из-за отсутствия более молодых, голубых звезд.
Но когда звездообразование не прекратилось, моделируемая вселенная выглядела намного больше, чем то, что мы видим нашими телескопами и глазами.
«Мы вынуждены сделать вывод, что галактики образовывали звезды в более ранние времена более эффективно, чем мы думали«, — сказал Бехрузи.
«И это говорит нам о том, что энергия, создаваемая сверхмассивными черными дырами и взрывающимися звездами, менее эффективна для подавления звездообразования, чем предсказывали наши теории«.
Что, в свою очередь, означает, что нам, возможно, придется вернуться к чертежной доске, чтобы выяснить, как умирают галактики.
Исследование было опубликовано в .