Новости
Астрономы построили самую подробную компьютерную модель Вселенной

Астрономы построили самую подробную компьютерную модель Вселенной

Международная команда учёных построила самую детальную на сегодняшний день крупномасштабную модель Вселенной.

Целый год работы суперкомпьютера позволил с беспрецедентной точностью рассчитать, как возникли и развивались галактики.

Результаты этой работы описаны в двух научных статьях, опубликованных в журнале PNAS. В первой авторы сконцентрировались на вкладе сверхновых и сверхмассивных чёрных дыр в процесс образования галактик, а во второй рассмотрели другие аспекты этого явления.

Построенная авторами модель, получившая обозначение TNG50, – третья и пока последняя, созданная в рамках проекта IllustrisTNG. Это начинание преследует амбициозную цель: как можно точнее смоделировать возникновение крупномасштабной структуры Вселенной, не пренебрегая при этом деталями строения галактик.

Модель призвана ответить на вопрос, как возникло нынешнее разнообразие галактик. Он считается одним из самых сложных в современной космологии.

TNG50 – это виртуальная вселенная размером около 230 миллионов световых лет, насчитывающая десятки тысяч галактик. Для сравнения: реальный диаметр Галактики составляет примерно 100 тысяч световых лет, типичные расстояния между соседними звёздными системами – несколько миллионов световых лет, а диаметр видимой Вселенной – порядка ста миллиардов световых лет.

Астрономам известны сотни миллиардов галактик, а по некоторым подсчётам, их общее количество (включая пока недоступные для существующих телескопов) в наблюдаемой Вселенной достигает триллионов. Таким образом, новая модель охватывает лишь малую часть обозримого космоса. В то же время она достаточно

масштабна, чтобы воспроизвести массовое образование галактик и составленных из них структур.

При этом исследователи достигли детализации, которая ранее была возможна лишь при моделировании отдельных галактик, а никак не десятков тысяч таких систем. Минимальный размер деталей, различимых в рамках модели, составлял всего 230–450 световых лет. Вещество, включая тёмную материю, было разбито более чем на 20 миллиардов отдельных блоков, которые могли двигаться и взаимодействовать друг с другом. Учитывалась не только гравитация, но и электромагнитные силы, действующие на плазму в магнитном поле.

Столь масштабные расчёты потребовали более года непрерывной работы суперкомпьютера Hazel Hen, оснащённого 16 тысячами процессорных ядер. На одноядерной системе вроде обычного ноутбука процесс занял бы 15 тысяч лет (!). Это было одно из самых масштабных астрофизических моделирований в истории.

Но результат оправдал вложения. TNG50 позволила учёным буквально увидеть, как галактики появляются из облаков газа, сгустившихся вскоре после Большого взрыва. Исследователи отследили, как будущие звёздные системы принимают типичную дискообразную форму. Модель воспроизвела процесс образования спиральных рукавов, балджей и других деталей. Результат моделирования достаточно хорошо, хотя и не идеально, согласовывался с реальными астрономическими наблюдениями.

Например, авторы обнаружили такой феномен. Активность сверхмассивных чёрных дыр и взрывы сверхновых создавали скоростные потоки газа, покидающего звёздную систему. Струи вещества вытягивались на тысячи световых лет за пределы родительской галактики, но гравитация в

конце концов притягивала большую часть газа обратно. Получался своего рода космический фонтан. При этом вещество выбрасывалось из плотного центра звёздной системы и оседало на её бедных веществом окраинах. Такое перераспределение массы ускоряло превращение галактики в плоский диск.

Учёные подчёркивают, что анализ полученных данных далеко не закончен. Кроме того, авторы планируют разместить все результаты расчётов в открытом доступе, чтобы ими могли воспользоваться астрономы всего мира.

Фото: TNG Collaboration


Оригинальный материал: nauka.vesti.ru / 25.11.2019