Разгадка «шифра небес» стала ближе

С ее помощью стало возможным проследить эволюцию наиболее крупных образований во Вселенной в течение миллиардов лет от первичных сгустков материи, сравнивая с наблюдаемой в настоящее время структурой Метагалактики. Так называемая «Задача тысячелетия» (Millennium Run), моделирование которой продолжалось 28 дней, а объем данных достиг 25 ТБ, моделирует эволюцию материи внутри куба со стороной 2 млрд. св. лет (световой год равняется 10 триллионам километров).

«Особенностью наших расчетов является беспрецедентно большой объем пространства, где происходит игра эволюции, — говорит один из участников проекта Огест Эврард (August Evrard) из Мичиганского университета. — Мы оказались способны связать первые структуры, изначально образовавшиеся через 10 млн. лет после Большого Взрыва, с ближайшими галактиками, которые наблюдаются в настоящее время — 13 млрд. лет спустя. Наша модель включает в себя 10 млрд. первичных „частиц“ с массой, равной миллиарду масс Солнца. В процессе происходящей в киберпространстве эволюции эти колоссальные „капли“ материи гравитационно взаимодействуют друг с другом, что приводит к их слиянию и образованию сгустков материи, из которых возникают галактики. Тип галактики зависит от размера сгустков, их количества и истории самого процесса слипания. Так, галактика, подобная Млечному Пути, формируется из нескольких тысяч сгустков».

Millennium Run не включает в себя процессы формирования миллиардов звезд внутри галактики. Как сообщает Space.com, цель модельного эксперимента — воссоздать каркас, на котором в течение миллиардов лет «нарастала ткань» в виде галактик и скоплений галактик — иными словами, выявить «скелет» Вселенной. Этого удалось достичь, включив в модель гипотезу темной материи. Как показывают новейшие исследования, та часть материи, которая излучает электромагнитные волны и взаимодействует с ними, а значит, доступна наблюдению, составляет только 10%. Доминирует же в космосе форма материи, никак не взаимодействующая с электромагнитным излучением во всем спектральном диапазоне. Пока не существует прямых методов ее регистрации, однако астрофизики считают, что без гипотезы о темной материи нельзя объяснить многие процессы, происходящие во Вселенной.

«Парадоксально, но факт — в настоящее время космологи способны построить модель присутствия материи, которую мы не видим, лучше, чем ее части, доступной прямым наблюдениям, — говорит Николай Гнедин из университета штата Колорадо. — Это связано с тем, что темной материей легче оперировать в модельных расчетах, поскольку она взаимодействует с остальной частью материи только посредством гравитации. Несмотря на то, что расчет гравитационного взаимодействия 10 млрд. сгустков темной материи — это непростая задача, она значительно усложняется, если в нее включить учет радиации и компоненты газовой динамики, необходимые для моделирования формирования звезд». В некотором смысле, Millennium Run можно считать первым шагом к построению цифровой Вселенной. Только после того, как был проявлен невидимый «скелет» темной материи, интернациональная группа ученых, называющая себя Virgo Consortium (Содружество рожденных под знаком Девы), смогла перейти к моделированию формирования галактик, которые можно уподобить светящимся пятнам и волокнам в темных сгустках.

К категории «светящихся пятен» относятся, в частности, квазары — самые яркие объекты Вселенной. Считается, что они представляют собой гигантские черные дыры с массой в миллиарды масс Солнца, поглощающие материю, которая при этом испускает электромагнитное излучение. Последние наблюдения, выполненные в ходе создания цифрового каталога объектов на небесной сфере Слоан (Sloan Digital Sky Survey), позволили обнаружить сверхмассивные расширяющиеся квазары на расстоянии, которое соответствует 1/10 возраста Вселенной. До сих пор современная космология не могла объяснить, как на ранних стадиях эволюции Вселенной образуются столь гигантские черные дыры. Однако расчеты показали, что появление таких редких объектов полностью вписывается в модель. В ходе Millennium Run удалось проследить их эволюцию с того момента, когда Вселенной было 100 млн. лет, до наших дней. Если модель верна, эти ранние квазары позднее превратились в массивные галактики, представляющие собой узлы наиболее крупных скоплений галактик.

#gallery#

«Преимущество нашей компьютерной программы моделирования космической паутины темной материи состоит в том, что она предоставляет возможность исследовать различные гипотезы формирования галактик, — говорит д-р Эврард. — Например, если в будущем она станет доступной для других исследователей, каждый сможет экспериментировать с ней по своему усмотрению. Это касается как профессионалов, так и любителей астрономии, которые пожелают „повесить“ на наш скелет темной материи свои собственные модели образования галактик».