Изображение предоставлено: U of Chicago
Астрофизики во главе с Андреем Кравцовым из Чикагского университета разрешили смущающее противоречие между популярной теорией о том, как образуются галактики, и тем, что астрономы видят в своих телескопах.
Астрофизики основывают свое понимание формирования галактик на расширении теории большого взрыва, называемой теорией холодной темной материи. В этой последней теории маленькие галактики сталкиваются и сливаются, вызывая вспышки звездообразования, которые создают различные типы массивных и ярких галактик, которые астрономы видят в небе сегодня. (Темная материя берет свое название от идеи, что 85 процентов всей массы вселенной состоит из неизвестной материи, которая невидима для телескопов, но чей гравитационный эффект может быть измерен на светящихся галактиках.)
Эта теория соответствует некоторым ключевым данным, которые астрофизики собрали в последние годы. К сожалению, когда астрофизики провели симуляции суперкомпьютеров несколько лет назад, в результате у них было в 10 раз больше спутников темной материи - скоплений темной материи, вращающихся вокруг большой галактики - чем они ожидали.
«Проблема в том, что моделирование не соответствует наблюдениям свойств галактики» сказал Дэвид Спергель, профессор астрофизики в Принстонском университете. «То, что представляет работа Андрея, является очень правдоподобным решением этой проблемы».
Кравцов и его сотрудники нашли потенциальное решение в новых суперкомпьютерных симуляциях, которые они опишут в статье, которая появится в выпуске Astrophysical Journal от 10 июля. «Решение проблемы, вероятно, будет в том, как развиваются карликовые галактики». Кравцов сказал, имея в виду маленькие галактики, которые населяют окраины больших галактик.
В целом, астрофизики считают, что формирование очень маленьких карликовых галактик должно быть подавлено. Это связано с тем, что газ, необходимый для продолжения образования звезд, может нагреваться и выбрасываться в первом поколении взрывающихся звезд сверхновых. Кроме того, ультрафиолетовое излучение галактик и квазаров, которые начали заполнять Вселенную приблизительно 12 миллиардов лет назад, нагревает межгалактический газ, перекрывая подачу свежего газа в карликовые галактики.
В ходе моделирования Кравцов вместе с Олегом Гнединым из Научного института космического телескопа и Анатолием Клыпином из Государственного университета Нью-Мексико обнаружили, что некоторые из карликовых галактик, которые сегодня малы, в прошлом были более массивными и могли гравитационно собирать газ, который они нужно сформировать звезды и стать галактикой.
«Системы, которые кажутся довольно слабыми и анемичными сегодня, могут в свои славные дни образовывать звезды за относительно короткий период». Кравцов сказал. «После периода быстрого роста массы они потеряли основную массу, когда испытали сильные приливные силы от своей галактики-хозяина и других галактик, окружающих их».
Это галактический «каннибализм» сохраняется даже сегодня, со многими из «людоедских» карликовые галактики становятся спутниками, вращающимися вокруг гравитационного притяжения более крупных галактик.
«Так же, как планеты в солнечной системе, окружающие Солнце, наша галактика Млечный путь и ее ближайший сосед, галактика Андромеда, окружены примерно дюжиной слабых« карликов ». галактики ,? Кравцов сказал. «Эти объекты были притянуты гравитационным притяжением Млечного Пути и Андромеды некоторое время назад во время их эволюции».
Моделирование было успешным там, где другие потерпели неудачу, потому что команда Кравцова проанализировала моделирования, которые были близко разнесены во времени с высоким разрешением. Это позволило команде отслеживать эволюцию отдельных объектов в симуляциях. «Это довольно сложно и не часто делается при анализе космологических симуляций. Но в этом случае это был ключ, чтобы узнать, что происходит, и получить результат? Кравцов сказал.
Результат ставит сценарий холодной темной материи на более прочную основу. Ученые пытались изменить основные положения сценария и свойства частиц темной материи, чтобы устранить явное несоответствие между теорией и наблюдением карликовых галактик. «Получается, что предложенные модификации внесли больше проблем, чем решили» Кравцов сказал.
Моделирование проводилось в Национальном центре приложений для суперкомпьютеров Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн при грантах, предоставленных Национальным научным фондом и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства.
Первоисточник: Выпуск новостей Чикагского университета
