Изучение космической эволюции галактик

Этот снимок формирования космической структуры выполнен с помощью компьютерного моделирования Illustris Project. Искусственно окрашенное изображение показывает нити и галактики в паутине космической материи, имеющей в поперечнике 50 млн. световых лет. Новое изображение рассматривает изменяющуюся частоту столкновений галактик, как вычислено в Illustris, поскольку развитие Вселенной происходит от Большого взрыва до настоящего момента.

Наши представления о том, как происходил Большой взрыв, в истекшее десятилетие сильно изменились. Этому способствовали исследования микроволнового фона космического пространства с помощью спутников и наземных телескопов, уточнивших параметры, свидетельствующие о происходившем в ранней Вселенной. Эти уточнения, составившие несколько процентов, порой имели погрешности. Работа по изучению того, что случилось во Вселенной с первых нескольких сотен тысячелетий до нашего времени - прошедших 13,7 млрд лет - требует продолжения.

Известно, что галактики и звезды сформировались из охлажденного волокнистого вещества той ранней Вселенной. Повторно ионизировав газ, состоявший из водорода, они продолжили свое развитие при постоянном расширении Вселенной путем столкновений друг с другом. Отдаленные галактики слабо видны, и поэтому их сложно найти. Наблюдения за звездами и галактиками много сделали для понимания космической эволюции, но для создания законченной картины астрономы начали к своим исследованиям больше привлекать теорию и компьютерное моделирование.

Для изучения космической частоты слияний галактик существует три главных теоретических подхода, различающихся по способу моделирования:

1. Вместо симуляции возникновения галактик их раскрашивают в цвет гало - среды, окружающей темную материю, учитывая ограничения, установленные наблюдениями.
2. Применение простых математических рецептов в моделировании на основе гало тёмной материи.
3. Последовательное моделирование с помощью гидродинамических расчетов темной материи, газа и звезд - что было до недавнего времени слишком сложно вычислить.

Астрономами: Висенте Родригес Гомесом (Vicente Rodriguez-Gomez), Ши Женелом (Shy Genel), Аннализой Пиллепич (Annalisa Pillepich), Диланом Нельсоном (Dylan Nelson), Ларсом Хернквистом (Lars Hernquist) и рядом других ученых Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (CfA) была создана в ходе проекта Illustris новая теоретическая основа расчета частоты слияний галактик. Она симулирует формирование галактик в космических объемах - приблизительно триста миллионов световых лет. Это достаточно большой объем, чтобы воспроизвести большинство известных свойств галактик и скоплений в современной и более ранних эпохах. При таких размерах, последовательной обработке материи и реалистической модели формирования галактик моделирование Illustris сможет осуществить беспрецедентное и точное исследование слияний за все космическое время.

Астрономы доказали, что скорость галактического слияния неуклонно уменьшается, определив частоту слияния, происходившую после Большого Взрыва через 3 млрд. лет. Она приблизительно в 15 раз превышала сегодняшнюю. Ученые выяснили природу слияний, отыскав, например, наиболее полезное определение соотношения масс соединяющихся галактик и ограничения в эпоху массового слияния во время столкновения. Было указано также на ряд резких отличий полученных результатов от предсказанных некоторыми другими популярными теориями и на имеющиеся неясности в данных наблюдений, требующих уточнения. Эта работа должна стать началом множества более детальных исследований космической эволюции галактик.

Источник: arxiv.org