Суперкомпьютерная симуляция COLIBRE поставила точку в спорах о «невозможных» галактиках ранней Вселенной. Исследование доказало: существование массивных структур на заре времен не нарушает стандартную космологическую модель. Как только ученые детально учли влияние космической пыли и холодного газа, виртуальная Вселенная породила объекты, которые в точности соответствуют снимкам телескопа «Джеймс Уэбб».
Реализм вместо упрощений
Долгое время астрономы ломали голову над данными «Джеймса Уэбба». Телескоп находил крупные галактики в те эпохи, когда, согласно старым расчетам, они еще не могли сформироваться. Однако проблема крылась не в законах физики, а в несовершенстве инструментов. Как отмечают авторы исследования, традиционные симуляции часто использовали упрощенные алгоритмы, чтобы сэкономить вычислительную мощность. Проект COLIBRE исправил этот недочет. Ученые создали детальные модели поведения газа, пыли и мощных потоков вещества от черных дыр и звезд. Как только физические процессы представили реалистично, теоретическая модель пришла в полное согласие с наблюдениями.
Магия пыли и холодного газа
Главным козырем COLIBRE стало моделирование холодного газа и сложной структуры космической пыли. Раньше эти компоненты часто игнорировали, хотя именно из них состоит большая часть материи в галактиках. В новой модели исследователи использовали три типа пылевых зерен разных размеров. Пыль играет роль фундаментального строительного материала: она помогает атомам объединяться в молекулы и влияет на то, как распространяется излучение. Именно благодаря такому подходу удалось с ювелирной точностью воссоздать процесс превращения первичной плазмы, возникшей после Большого взрыва, в первые звезды и галактики.
Цифровой двойник и нерешенные загадки
На создание виртуального «близнеца» Вселенной ушло 72 миллиона процессорных часов. Результат впечатляет: галактики, рожденные внутри суперкомпьютера, оказались неотличимы от настоящих по яркости, цвету, размерам и численности. Физики добились этого, просто решая базовые уравнения в условиях расширяющегося пространства. Впрочем, даже у совершенной модели есть пределы. Симуляция пока не смогла объяснить природу «маленьких красных точек» — загадочных объектов, которые могут оказаться как гигантскими звездами, так и черными дырами. Итоги работы опубликованы в профильном научном журнале Королевского астрономического общества.
