|
Млечный путь образовался из тысяч галактик
|
|
|
|
На заре существования Вселенной наш дом выглядел совсем не так, как сегодня. В те времена область нашей Вселенной, которая в конечном итоге станет соседством с Млечным Путем, представляла собой скопление тысяч более мелких галактик — некоторые из них выбрасывали тонны новых звезд, другие были заполнены только газом или усеяны мертвыми звездами и черными дырами.
|
|
|
|
Вы можете наблюдать, как эти галактики со временем объединились и образовали знакомый спиральный диск, который мы видим сегодня, благодаря новому набору симуляций, выполненных группой ученых под руководством Харли Каца, доцента кафедры астрономии и астрофизики Чикагского университета.
|
|
|
|
Моделирование, на проведение которого ушло три года даже на мощных суперкомпьютерах, представляет собой наиболее подробную на сегодняшний день модель того, как галактика, подобная Млечному Пути, могла эволюционировать в течение первых нескольких миллиардов лет своего существования.
|
|
|
|
"Как выглядит Млечный Путь в период, который мы называем космическим рассветом?" - сказал Кац. "Впервые мы можем напрямую предсказать, как выглядел бы ранний Млечный путь для таких телескопов, как Хаббл или космический телескоп Джеймса Уэбба".
|
|
|
|
Шесть статей из проекта, получившего название "МЕГАТРОН", дают новое представление о составе ранних галактик и о том, как эти элементы формировались с течением времени. Статьи опубликованы в The Open Journal of Astrophysics.
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку мы не можем перенестись в эпоху зарождения Вселенной, чтобы изучить ее, единственный доступный нам способ понять, как пространство эволюционировало с течением времени, — это создание подробных компьютерных моделей, основанных на наших знаниях о законах природы.
|
|
|
|
«По сути, мы учитываем все физические явления, которые, по нашему мнению, имеют значение: гравитацию, гидродинамику, излучение, химию и т. д., — а затем даем модели эволюционировать и смотрим, воспроизводит ли она то, что мы видим вокруг себя сегодня», — говорит Кац.
|
|
|
|
Новые данные, полученные с помощью мощного космического телескопа «Джеймс Уэбб», позволили нам по-новому взглянуть на Вселенную. Поэтому три года назад группа ученых приступила к реализации проекта, цель которого — включить эти новые знания в модель того, как могла выглядеть наша галактика в первый миллиард лет своего существования. Теперь они могут сравнить ее с данными, полученными «Джеймсом Уэббом» сегодня, чтобы понять, что совпадает, а чего не хватает.
|
|
|
|
По словам ученых, если отмотать время назад, то мы увидим сеть из больших и малых галактик самых разных типов, которые со временем объединятся в современный Млечный Путь.
|
|
|
|
«Мы отслеживаем тысячи подсистем в модели и напрямую вычисляем, как бы они выглядели при наблюдении с помощью наших самых мощных космических телескопов, что на много порядков больше того, что моделировалось ранее, — говорит Кац. — В результате мы видим невероятное разнообразие. В некоторых из них происходит активное звездообразование, другие уже мертвы, а третьи находятся в процессе умирания».
|
|
|
|
Одним из уникальных открытий стало то, что модель предсказывает существование «галактик», в которых вообще нет звёзд, но которые при этом светятся. В некоторых из них когда-то были звёзды, которые взорвались или коллапсировали, превратившись в чёрные дыры, а в других когда-то был только газ.
|
|
|
|
Ещё одно открытие проливает свет на давнюю загадку звёздной астрофизики. В нашем Млечном Пути мы обычно наблюдаем, что в меньших и менее ярких галактиках меньше железа. Однако эта закономерность не работает в очень тусклых системах, где количество железа остаётся неизменным независимо от массы. До сих пор с помощью моделирования не удавалось воспроизвести эту закономерность.
|
|
|
|
Согласно результатам моделирования, причина кроется во взрывах экзотических звёзд, оставшихся после Большого взрыва. Эти звезды, известные как звезды ТРЕТЬЕЙ популяции, настолько стары, что состоят только из первых элементов, которые существовали во Вселенной, — водорода и гелия, — и когда они взрываются, они могут производить больше железа, чем другие сверхновые. Если галактика достаточно велика, у нее будет достаточно силы тяжести, чтобы удерживать это железо; но если она слишком мала, железо будет потеряно в космосе.
|
|
|
|
Эти звезды ТРЕТЬЕЙ популяции, по сути, настолько стары, что ни одну из них никогда не удавалось непосредственно увидеть в телескопы. Еще одна статья из серии — первая, в которой показано, как эти звезды формируются в среде, подобной Млечному Пути, и предсказывается, где эти звезды, скорее всего, будут существовать, если они все еще существуют, что может помочь астрономам в их поиске.
|
|
|
|
Отличительной чертой этих симуляций является то, что они намного сложнее, чем все, что предпринималось ранее.
|
|
|
|
"Уникальность нашего моделирования заключается в том, что мы впервые смоделировали обогащение отдельных химических элементов отдельными звездами после Большого взрыва в сочетании с подробными моделями гравитации, химии, излучения и звездных процессов", - сказал Кац.
|
|
|
|
Эта модель, например, была первым крупномасштабным симулятором, включавшим детальные расчеты "неравновесной физики". В большинстве физических моделей для упрощения предполагается, что химический состав системы более или менее равновесен. Но, разумеется, в реальной Вселенной галактики постоянно эволюционируют, что часто нарушает это ключевое допущение.
|
|
|
|
Ученые не были уверены, насколько это повлияет на конечный результат, а включение этого фактора в симуляцию значительно замедляет вычисления.
|
|
|
|
Однако две статьи, вошедшие в исследование, показывают, что учет неравновесной физики существенно меняет картину, особенно когда речь идет о потоках газов вокруг галактик, известных как окологалактическая среда.
|
|
|
|
Учет этого фактора позволяет ученым более точно интерпретировать наблюдения и ограничить количество возможных ответов на многие вопросы о формировании Вселенной.
|
|
|
|
«Судя по этим результатам, совершенно очевидно, что физические процессы, происходившие сразу после Большого взрыва, напрямую влияют на то, что мы наблюдаем сегодня в локальной Вселенной, — говорит Кац.
|
|
|
|
— Но есть и то, что мы делаем не совсем правильно, и это тоже интересно: чего нам все еще не хватает? Это может привести к новым открытиям и вопросам».
|
|
|
|
Источник
|
