Имитация изображения, которое показывает распределение материи во Вселенной. Изображение предоставлено: MPG. Нажмите, чтобы увеличить.
Консорциум «Дева», международная группа астрофизиков из Великобритании, Германии, Японии, Канады и США, сегодня (2 июня) опубликовал первые результаты крупнейшего и наиболее реалистичного моделирования за всю историю роста космической структуры и образования галактик и квазары. В статье, опубликованной в журнале «Nature», консорциум «Дева» показывает, как сравнение таких смоделированных данных с большими наблюдательными наблюдениями может выявить физические процессы, лежащие в основе образования реальных галактик и черных дыр.
«Моделирование тысячелетия» использовало более 10 миллиардов частиц вещества, чтобы проследить эволюцию распределения вещества в кубической области Вселенной на расстоянии более 2 миллиардов световых лет. Он держал основной суперкомпьютер в суперкомпьютерном центре Общества Макса Планка в Гархинге, Германия, более месяца. Применяя сложные методы моделирования к 25 терабайтам (25 миллионам мегабайт) хранимой продукции, ученые Девы могут воссоздать эволюционную историю приблизительно для 20 миллионов галактик, которые населяют этот огромный объем, и для сверхмассивных черных дыр, иногда замечаемых как квазары в их сердцах ,
Телескопы, чувствительные к микроволнам, могли получать изображения Вселенной напрямую, когда ей было всего 400 000 лет. Единственной структурой в то время была слабая рябь в однородном море материи и радиации. Гравитационная эволюция позже превратила эту рябь в чрезвычайно богатую структуру, которую мы видим сегодня. Именно этому росту и призван следовать Моделирование тысячелетия, преследуя двойную цель: проверить, действительно ли эта новая парадигма космической эволюции действительно соответствует тому, что мы видим, и исследовать сложную физику, которая породила галактики и их центральные черные дыры. ,
Последние достижения в космологии показывают, что около 70 процентов нашей Вселенной в настоящее время состоит из Темной Энергии, таинственного силового поля, которое заставляет ее расширяться все быстрее. Около четверти, по-видимому, состоит из холодной темной материи, нового вида элементарной частицы, еще не обнаруженной на Земле. Только около 5 процентов состоит из обычного атомного вещества, с которым мы знакомы, большая часть которого состоит из водорода и гелия. Все эти компоненты обрабатываются в моделировании тысячелетия.
В своей статье о природе ученые Девы используют моделирование тысячелетия для изучения раннего роста черных дыр. Слоанское цифровое небесное обозрение (SDSS) обнаружило ряд очень далеких и очень ярких квазаров, которые, по-видимому, содержат черные дыры, по меньшей мере, в миллиард раз более массивные, чем Солнце, в то время, когда Вселенная была менее чем на одну десятую своего нынешнего возраста.
«Многие астрономы считали, что это невозможно примирить с постепенным ростом структуры, предсказанным стандартной картиной», - говорит доктор Волкер Спрингел (Институт астрофизики Макса Планка, Garching), руководитель проекта Millennium и первый автор статьи: «Пока что Когда мы опробовали моделирование формирования галактик и квазаров, мы обнаружили, что несколько массивных черных дыр формируются достаточно рано, чтобы объяснить эти очень редкие квазары SDSS. Их галактические массивы впервые появляются в данных тысячелетия, когда Вселенной всего несколько сотен миллионов лет, и к настоящему времени они стали самыми массивными галактиками в центрах самых больших скоплений галактик ».
Для профессора Карлоса Френка (Институт вычислительной космологии, Университет Дарема), главы Девы в Великобритании, наиболее интересным аспектом предварительных результатов является тот факт, что моделирование тысячелетия впервые демонстрирует характерные закономерности, запечатленные в этом вопросе. Распределение в ранние эпохи и видимое непосредственно на картах СВЧ, все еще должно присутствовать и должно быть обнаружено в наблюдаемом распределении галактик. «Если мы сможем измерить барионное покачивание достаточно хорошо, - говорит профессор Френк, - то они предоставят нам стандартный измерительный стержень, чтобы охарактеризовать геометрию и историю расширения Вселенной, а также узнать о природе Темной энергии».
«Эти симуляции создают ошеломляющие изображения и представляют собой значительную веху в нашем понимании того, как сформировалась ранняя Вселенная». сказал исполнительный директор PPARC, профессор Ричард Уэйд. «Симуляция тысячелетия - блестящий пример взаимодействия теории и эксперимента в астрономии, поскольку последние наблюдения астрономических объектов могут использоваться для проверки предсказаний теоретических моделей истории Вселенной».
По словам профессора Саймона Уайта (Институт астрофизики Макса Планка), который возглавляет усилия Девы в Германии, наиболее интересные и далеко идущие применения симуляции тысячелетия еще впереди. «Новые наблюдательные кампании предоставляют нам информацию беспрецедентной точности о свойствах галактик, черных дыр и крупномасштабной структуре нашей Вселенной», - отмечает он. «Наша способность прогнозировать последствия наших теорий должна достигать соответствующего уровня точности, если мы хотим эффективно использовать эти опросы, чтобы узнать о происхождении и природе нашего мира. Millennium Simulation - уникальный инструмент для этого. Наша самая большая задача сейчас состоит в том, чтобы сделать эту мощность доступной для астрономов повсюду, чтобы они могли вставлять свои собственные модели формирования галактик и квазаров, чтобы интерпретировать свои собственные наблюдательные наблюдения ».
Источник: пресс-релиз PPARC
