Kosmologiniai skaitmeniniai modeliai leidžia stebėti, kaip iš pirmykščių dujų formuojasi galaktikos ir visa didelio masto kosmoso struktūra. Jau dešimtmečius jie yra vienas galingiausių astronomijos įrankių, pakeičiantys kituose moksluose įprastus eksperimentus. Deja, nei vienas modelis nėra tobulas, o kompiuterių galimybių ribos verčia įvesti įvairius supaprastinimus.
Asociatyvi DI sugeneruota „Pixabay“ nuotr.
Du iš jų susiję su šaltomis dujomis ir dulkėmis. Iki šiol dauguma didelio masto modelių neleisdavo dujoms galaktikų viduje atvėsti žemiau maždaug 10 000 laipsnių, nors realios žvaigždės gimsta būtent šaltuose, tankiuose dujų telkiniuose. Dulkės irgi nebūdavo modeliuojamos, nors jos stipriai veikia galaktikų išvaizdą ir chemines reakcija.
Dabar tarptautinė komanda pristatė COLIBRE – naują kosmologinių modelių rinkinį, kuris pirmą kartą tiesiogiai modeliuoja šaltąją tarpžvaigždinę terpę ir dulkių grūdelius. COLIBRE seka trijų cheminių sudėčių ir dviejų dydžių dulkių grūdelius, modeliuoja vandenilio molekulių formavimąsi ant dulkių paviršiaus, ultravioletinės spinduliuotės sugertį ir infraraudonąją sušilusių dulkių spinduliuotę – visa tai, kas lemia, kaip galaktikos atrodo pro teleskopus.
Didžiausiame pristatytame modelyje naudojami 136 milijardai dalelių, išdėstytų 400 megaparsekų kraštinės ilgio kube. Kubo dydis apie 500 kartų viršija atstumą tarp Paukščių Tako ir Andromedos, o dalelių skaičius apie 20 kartų didesnis nei ankstesniuose panašaus masto modeliuose. Pirminiai rezultatai patvirtina modelio kokybę: COLIBRE galaktikos pagal skaičių, ryškumą, spalvas ir dydžius beveik nesiskiria nuo tikrų, tiek dabartinėje Visatoje, tiek ankstyvuosiuose laikotarpiuose. Tai rodo, kad standartinis kosmologinis modelis gali sėkmingai paaiškinti galaktikų formavimąsi, kai į skaitmeninius modelius įtraukiama realistiškesnė fizika.
Gautieji rezultatai apima ir kai kuriuos James Webb stebėjimus, kurie iš pradžių atrodė kaip iššūkis standartiniam modeliui. Tiesa, paaiškinta ne viskas: pavyzdžiui, mįslingi ankstyvosios Visatos objektai, vadinami „mažaisiais raudonais taškeliais“, COLIBRE nėra prognozuojami. Jų modeliavimui prireiks dar didesnės skyros ir galimai naujų, dar neįtrauktų, fizikinių procesų. Komanda taip pat sukūrė interaktyvius žemėlapius ir „sonifikuotus“ vaizdo įrašus, kuriuose garsas perteikia papildomą fizikinę informaciją. Didžiausiam modeliui suskaičiuoti prireikė 72 milijonų procesorių valandų, o viso modelio kūrimas truko beveik dešimtmetį.
Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS.
