Физики создали самую детализированную модель Вселенной

Формирование галактик — это сложный танец ткани и энергии, разворачивающийся в космических масштабах и длящийся миллиарды лет. По сей день остается загадкой, как из Большого взрыва возникло то разнообразие структур и динамик, которые мы наблюдаем сегодня.

В поиске ответов международная команда ученых создала самую детализированную масштабную модель Вселенной. Симуляцию назвали TNG50.

В этой виртуальной вселенной, растянувшейся на 230 миллионов световых лет, находятся десятки тысяч развивающихся галактик. Такой уровень детализированности ранее был только в моделях с одной галактикой. Симуляция отслеживает движение более 20 миллиардов частиц, иллюстрирующих темную материю, газы, звезды и сверхмассивные черные дыры. Модель охватывает их движение за 13,8 миллиарда лет.

Такая точность и масштаб позволили ученым заглянуть в прошлое нашей вселенной и узнать, как сформировались некоторые галактики со странной формой и как взрывы звезд и черные дыры запустили эту галактическую эволюцию.

Разработкой модели TNG50 занималась команда IllustrisTNG Project. Их цель — заполнить все пробелы в наших знаниях о том, как развивалась наша Вселенная после Большого взрыва, создав самую масштабную модель, не жертвуя при этом деталями отдельных галактик.

У такой четкости была своя цена. Над созданием симуляции больше года “трудились” 16 000 процессоров в суперкомпьютере Hazel Hen в Штутгарте (Германия). Простому компьютеру для выполнения тех же вычислений потребовалось бы 15 000 лет.

Авторы уверены, что это того стоило.

Вычислительные эксперименты такого рода особенно успешны, потому что вы получаете больше, чем вложили, — объясняет соавтор статьи Дилан Нельсон из Института астрофизики Макса Планка. — В нашей симуляции мы видим феномены, которые не были запрограммированы в коде. Эти феномены проявились естественно, благодаря сложному взаимодействию базовых физических ингредиентов нашей модели вселенной.

Эти феномены могут сыграть огромную роль в нашем понимании того, как Вселенная стала такой, какая она есть сегодня, 13,8 миллиарда лет спустя после Большого взрыва.

TNG50 позволила ученым увидеть, как вскоре после рождения Вселенной из облаков газа могли появиться первые галактики. Естественным путем появились привычные нам дисковые галактики со всеми их спиральными рукавами и балджами.

Когда галактики начали принимать плоскую форму вращающихся дисков, появился еще один феномен. Сверхновые и сверхмассивные черные дыры в центре каждой галактики начали создавать высокоскоростные всплески газа. Эти всплески превращались в фонтаны, вытягиваясь на тысячи световых лет над плоскостью галактики.

Под силой притяжения основная часть этого выплеснутого газа возвращалась в диск, распределяясь по внешним слоям. Такие потоки не только перерабатывали элементы для новых звезд, но и меняли структуру галактики. Эти газы ускоряли трансформацию галактики в тонкий вращающийся диск.

Анализ модели не закончен. Также команда сообщила, что планирует выложить данные симуляции в открытый доступ.

— 
Две научные статьи будут опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Источник: Live Science.