Для изучения процессов формирования галактик, скоплений и общей структуры Вселенной, исследователи предоставили доступ к одной из самых масштабных космологических симуляций — FLAMINGO. Эта модель позволит более детально исследовать свойства темной материи и темной энергии, которые определяют развитие всей космической структуры.
Космологические симуляции дают возможность воссоздать эволюцию Вселенной, начиная с первых миллиардов лет после Большого взрыва и заканчивая современным периодом. Ранее в качестве основного инструмента использовались модели, в которых учитывалась только темная материя, поскольку именно она определяет основу космической структуры.
Уже этого оказалось недостаточно: на масштабах, не превышающих 10 мегапарсек, значительное влияние оказывает обычное вещество, такое как газ, звезды, взрывы сверхновых, черные дыры и излучение из активных ядер галактик. Все эти факторы существенно изменяют распределение материи и воздействуют на наблюдаемые сигналы.
Для проведения исследований ученым необходимы гидродинамические симуляции, охватывающие как темную материю, так и барионное вещество, представляющее собой привычную нам материю. Сложность заключается в том, что такие расчеты требуют значительных затрат, поскольку для их выполнения требуются огромные вычислительные ресурсы, объем памяти и пространство для хранения информации. Создание моделей больших участков Вселенной, где можно наблюдать массивные скопления галактик и точно воспроизвести космическую паутину на огромных масштабах, представляет собой особую трудность.
Проект FLAMINGO (Проект (Full-hydro Large-scale structure simulations with All-sky Mapping for the Interpretation of Next Generation Observations) был разработан специально для решения этой задачи. Для его реализации разработчики провели 22 гидродинамические симуляции и дополнительно 16 расчетов, основанных исключительно на гравитационном взаимодействии. В рамках моделей были учтены процессы охлаждения газа, звездообразование, химическое обогащение среды, вспышки сверхновых и рост сверхмассивных черных дыр.
В этих расчетах нейтрино рассматривались как отдельные частицы, а не как упрощенный фон, что делает полученные результаты особенно полезными для современной космологии. Крупнейший из проанализированных проектов, FLAMINGO-10k, охватил почти 1,2 триллиона частиц, что значительно превышает количество звезд в нашей галактике Млечный Путь. Это позволяет исследовать не только отдельные галактики, но и статистику редких, гигантских скоплений, а также влияние космологических параметров на общую структуру Вселенной.
Для достижения максимальной реалистичности модели исследователи проводили ее специальную калибровку, используя данные наблюдений. При этом они корректировали параметры, чтобы симуляции соответствовали современной зависимости звездных масс от массы галактики, содержанию газа в скоплениях и массам черных дыр. После этого запускались варианты с различными космологическими моделями, например, с измененной массой нейтрино, распадающейся темной материей или альтернативными характеристиками темной энергии. Данный метод позволяет оценить, какие из рассматриваемых сценариев наиболее точно отражают реальную Вселенную.
Авторы научной работы, принятой к публикации в журнале Astronomy & Computing, благодаря полученным данным, исследователи сделали общедоступными изображения, демонстрирующие развитие Вселенной на различных красных смещениях, каталоги галактик и гало, карты всего неба в формате HEALPix, карты слабого гравитационного линзирования, рентгеновского излучения и другие результаты. Общий объем опубликованных данных составляет более 2,4 петабайта.
Учитывая, что загрузка таких больших объемов информации целиком недоступна для большинства исследователей, команда создала специализированный веб-сервис. Он позволяет выбирать только необходимые фрагменты данных, вместо загрузки всей симуляции, например, конкретную галактику или скопление. Благодаря этому FLAMINGO стала доступна не только для крупных центров, располагающих суперкомпьютерами, но и для обычных исследовательских коллективов.
Уже появилось около 70 рецензируемых научных работ, основанных на FLAMINGO, даже до официального выпуска. Модель демонстрирует точное воспроизведение свойств галактик, эволюции звездообразования, крупных структур и ряда других параметров. Несмотря на то, что модель не лишена недостатков и существуют отклонения от фактических данных, она уже зарекомендовала себя как один из ключевых инструментов в современной космологии.
Существуют и другие значимые космологические модели, помимо FLAMINGO. Как ранее рассказывал Naked Science, эволюцию галактик успешно моделируют и другие научные разработки, в том числе гравитационные симуляции Flagship 2 и недавно анонсированную серию симуляций COLIBRE.