Сто лет моделирования

ТЕКСТ: Николай Подорванюк

ФОТО: astronomy.ru

В результате моделирования, занявшего более ста лет машинного времени, американские астрономы-теоретики смогли разгадать трудную загадку образования карликовых галактик.

За 13 с лишним миллиардов лет Вселенная прошла эволюцию от состояния сингулярности, то есть состояния с бесконечной плотностью и температурой вещества, до крупномасштабной, похожей на паутину структуры, образованной галактиками. Для теоретического описания этой структуры космологам пришлось использовать холодную темную материю. Это часть скрытой массы, которую составляют массивные частицы, обладающие скоростью гораздо меньшей скорости света. Напомним, что темная материя является одной из самых больших загадок современной науки: есть только косвенные свидетельства ее существования. По современным представлениям, темная материя составляет порядка 75 процентов всего вещества во Вселенной, но

оно не поддается обнаружению, так как не излучает свет и не взаимодействует с электронами и протонами.

В своих работах по эволюции галактик во Вселенной, выполненных в середине 80-х годов прошлого века, теоретикам не удалось обойтись без неясных моментов. Например, их расчеты требовали, чтобы в ядрах галактик было большее количество звезд и темной материи, чем наблюдалось. Особенно это касалось карликовых галактик, наблюдаемые свойства которых плохо описывались теоретическими моделями.

Разрешить это противоречие удалось международной группе ученых во главе с Фабио Говернато из Вашингтонского университета: с использованием кластера мощнейших компьютеров за 1 миллион часов вычислительного времени (а это более ста лет!) им удалось смоделировать эволюцию карликовых галактик.

Расчеты на момент, соответствующий современному возрасту Вселенной, продемонстрировали структуры, близкие к наблюдаемым в реальности.

Нынешний успех американских астрономов обусловлен новым подходом к процессу моделирования образования и эволюции карликовых галактик. «В предыдущих работах было только описание того, где и как звезды формируются в галактиках, а процесс звездообразования был полностью проигнорирован. Мы же постарались максимально точно учесть в модели то, как звезды формируются в галактиках», – говорит Говернато.

Многочасовые расчеты показали, что наиболее массивные новые звезды взрывались как сверхновые.

Эти взрывы вызывали огромной силы звездный ветер, который уносил с собой колоссальные объемы газа от центра галактики, предотвращая таким образом появление большого количества новых звезд.

Вследствие такого сильного оттока массы от центра темная материя из центральных областей галактики покидала ее и отправлялась в «свободное плавание». Говернато для наглядности сравнивает этот процесс с Солнечной системой: если бы вдруг Солнце, вокруг которого вращаются все планеты, исчезло, то Земля по инерции продолжила бы движение и отправилась бы в свободный полет по Галактике.