Млечный Путь мог сформировать вращающийся диск уже 12 миллиардов лет назад
Международная команда астрономов разработала одну из самых детализированных компьютерных моделей раннего развития галактики, схожей с Млечным Путем. Масштабный проект MEGATRON потребовал около трех лет вычислений на суперкомпьютерах и позволил проследить, как за первые два миллиарда лет после Большого взрыва множество мелких структур постепенно объединилось в крупную галактику.
Исследование под руководством астрофизика Харли Каца из Чикагского университета опубликовано в серии из шести статей в The Open Journal of Astrophysics. Моделирование начинается примерно через 180 миллионов лет после Большого взрыва и охватывает последующие два миллиарда лет — период, когда привычного Млечного Пути еще не существовало.
Вместо одной крупной галактики в модели присутствуют тысячи небольших структур, которые взаимодействуют, сталкиваются и сливаются. Некоторые из них активно создают новые звезды, другие состоят в основном из газа, а часть уже почти прекратила звездообразование. Постепенно из этой сложной системы формируется единая галактика.
Ученые смоделировали тысячи отдельных подсистем и рассчитали, как они выглядели бы для современных космических телескопов, включая Hubble и James Webb. Это позволяет сопоставлять результаты симуляции непосредственно с наблюдениями чрезвычайно далеких галактик.
В MEGATRON учитываются гравитация, гидродинамика, распространение излучения, химические реакции, формирование и эволюция звезд, а также образование различных химических элементов. Особое внимание уделили неравновесным процессам: в ранней Вселенной условия постоянно изменялись, поэтому химические реакции не всегда успевали достичь состояния равновесия. Это заметно повлияло, в частности, на расчет потоков газа вокруг молодых галактик.
Одним из неожиданных результатов стало появление в симуляции необычных галактик практически без звезд, которые при этом способны излучать свет. Одни такие объекты могли утратить звезды после мощных взрывов и формирования черных дыр, другие могли состоять в основном из газа. Подобные структуры потенциально могут помочь проверить модели ранней эволюции галактик.
Модель также предложила объяснение загадки химического состава самых маленьких галактик. Обычно чем меньше галактика, тем ниже содержание железа, однако у наиболее тусклых систем эта зависимость неожиданно перестает работать.
Согласно MEGATRON, одним из возможных объяснений могут быть звезды населения III — гипотетическое первое поколение звезд Вселенной. Они сформировались из практически чистого водорода и гелия вскоре после Большого взрыва. После гибели такие звезды могли выбрасывать значительные количества железа. Более массивные галактики удерживали эти элементы своей гравитацией, тогда как из самых маленьких систем часть вещества могла уходить в межгалактическое пространство.
Звезды населения III пока не удалось обнаружить напрямую. Однако модель предсказывает, где в среде, из которой сформировался Млечный Путь, могут находиться их химические следы или потенциально сохранившиеся представители.
Симуляция также показывает, что примерно 12 миллиардов лет назад предок нашей галактики уже мог обладать вращающимся диском, содержать значительные количества тяжелых элементов и пыли. При этом его структура сильно менялась из-за столкновений с другими молодыми галактиками.
Исследователи отмечают, что MEGATRON пока не воспроизводит все наблюдения идеально. Однако именно расхождения между расчетами и данными телескопов могут оказаться особенно ценными: они способны указать на физические процессы, которые современные модели формирования и эволюции галактик пока не учитывают.
Источники:Phys.org0Наука12 минут назад
Источник