Астрономы создали миллионы «виртуальных Вселенных», чтобы узнать, как развивалась наша

Размеры Вселенной огромны, за гранью воображения, она содержит миллиарды и миллиарды галактик. Мы довольно хорошо разбираемся во многих динамических процессах в галактиках, но как эти колоссальные объекты формируются, растут и изменяются, мы все еще пытаемся понять.

Ученые создали UniverseMachine: новое программное обеспечение для моделирования, работающее на мощном суперкомпьютере, способное «вырастить» миллионы Вселенных, чтобы космологи могли изучать, как они развиваются с течением времени.

Конечно, мы можем многому научиться из наблюдений и последующего анализа, но компьютерное моделирование доказывает, что является мощным инструментом, который помогает заполнить пробелы в знаниях. Обычно оно используется в меньших масштабах, но в этом случае исследователи использовали UniverseMachine для прохождения почти всей временной шкалы нашей Вселенной — от 400 миллионов лет после Большого взрыва, вплоть до наших дней.

«С помощью компьютера мы можем создать много разных Вселенных и сравнить их с реальной», — сказал астроном Питер Бехрузи из Университета Аризоны. «Это позволяет нам сделать вывод, какие изменения привели к тому, что мы видим сегодня».

Так вот что они сделали. Моделирование произвело более 8 миллионов Вселенных, что заняло 400 000 часов работы процессора, при этом исследователи постоянно настраивали параметры, чтобы посмотреть, как эти изменения могут повлиять на конечный результат.

Они обнаружили, что моделируемые Вселенные, больше всего похожие на нашу собственную настоящую Вселенную, имеют схожие физические правила.

И они обнаружили, что наше понимание звездообразования может быть немного … ну, неправильно.

Считается, что звезды образуются, когда плотные скопления в газовых облаках – такие, как туманности – разрушаются под действием собственного силы тяжести, начиная с процесса звездной аккреции. Но также считается, что это должен быть охлажденный газ; чем горячее газ, тем сложнее формироваться звездам.

Предполагается, что доказательством этого являются сверхмассивные черные дыры в центре большинства галактик. Когда они активны, они нагревают материал вокруг себя, что, как мы думали, работало, чтобы погасить образование звезд, даже когда газ был в наличии.

Этот нагрев также может быть произведен взрывающимися звездами. И темная материя — таинственное неизвестное вещество, добавляющее гравитационную массу во Вселенную – так же, как считается, нагревает газ, поэтому считалось, что это также сыграло свою роль в предотвращении образования звезд.

Но это не то что исследователи увидели в своих симуляциях.

«Когда мы вернемся назад во времени, мы ожидаем, что темная материя будет плотнее, и поэтому газ будет становиться все горячее и горячее. Это плохо для звездообразования, поэтому мы думали, что во многих галактиках должны были перестать образовываться звезды», — сказал Бехрузи.

«Но мы обнаружили обратное: галактики данного размера с большей вероятностью будут образовывать звезды с большей скоростью, вопреки ожиданиям».

Когда команда провела симуляции, конечный результат показал, что Вселенная сильно отличается от реальной, с галактиками другого цвета: намного краснее, чем ожидалось, из-за отсутствия молодых, голубых звезд.

Но когда звездообразование не остановилось, моделируемая Вселенная выглядела намного больше, чем та, которую мы видим нашими телескопами и глазами.

«Мы вынуждены сделать вывод, что в галактиках образовывались звезды в ранние времена более эффективно, чем мы думали», — сказал Бехрузи.

«И это говорит нам о том, что энергия, создаваемая сверхмассивными черными дырами и взрывающимися звездами, менее эффективна для подавления звездообразования, чем предсказывали наши теории».

Что, в свою очередь, означает, что нам, придется переосмыслить существующие теории, чтобы выяснить, как происходит образование звезд.

Исследование было опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.