Скопление галактик рождается на экране суперкомпьютера

Как рождаются скопления галактик — крупнейшие структуры во Вселенной, объединяющие тысячи звездных островов? Проследить это напрямую нельзя: Вселенная развивается слишком медленно для наблюдений в реальном времени. Поэтому ученые построили ее модель внутри суперкомпьютера — и сжали миллиарды лет эволюции в несколько минут видео.

Почему рождение галактик нельзя увидеть напрямую

Формирование галактик и их скоплений — процесс, растянутый на миллиарды лет. Человеческая цивилизация со всей своей историей наблюдений — лишь мгновение на этом фоне. Наблюдать эволюцию отдельного участка Вселенной от начала до конца попросту невозможно.

Выход нашли не в телескопах, а в вычислениях. Компьютерная симуляция, построенная на известных физических законах, может проиграть те же процессы за разумное время. Один из самых известных таких проектов — TNG50, часть семейства симуляций IllustrisTNG, продолжающих более раннюю модель Illustris.

Что представляет собой симуляция TNG50

TNG50 — это масштабный расчет, который совместно отслеживает эволюцию темной материи, космического газа, звезд и сверхмассивных черных дыр. Модель воспроизводит область Вселенной размером около 50 мегапарсек, в которой формируются десятки тысяч галактик.

Особенность TNG50 — сочетание большого объема и высокого разрешения. По детализации она приближается к моделям, которые обычно строят для одной отдельной галактики, но при этом охватывает большой кусок космоса со множеством взаимодействующих объектов. Именно это позволяет проследить не только рождение отдельных галактик, но и то, как они объединяются в скопления.

Что происходит на видео

Ролик состоит из двух частей. Первая показывает судьбу космического газа — преимущественно водорода — на протяжении эволюции Вселенной. Более яркими цветами отмечен газ, который движется быстрее.

Хорошо видно, как газ стягивается в так называемые гравитационные ямы — области с наиболее сильным притяжением. Там из газа формируются галактики: они вращаются, сближаются друг с другом, сталкиваются и сливаются. Одновременно в центрах галактик растут черные дыры, которые мощными потоками на огромной скорости выбрасывают окружающий газ обратно.

Во второй части акцент смещается с газа на звезды. Здесь видно, как отдельные галактики постепенно собираются в единое скопление, а после слияний за галактиками, словно шлейфы, тянутся длинные звездные потоки — своеобразные следы столкновений.

Зачем нужны подобные симуляции

Один из самых интересных результатов TNG50 связан именно с выбросами газа из черных дыр — они оказались устроены сложнее, чем ожидалось. Ученые сравнивают детали этих потоков с наблюдениями реальных галактик, проверяя, насколько точно модель отражает физику происходящего.

Значение симуляции выходит далеко за рамки одной картинки. Изучая, как газ собирался в структуры на самых ранних этапах существования Вселенной, исследователи лучше понимают и то, как возникли более близкие к нам объекты — наше Солнце, Земля и вся Солнечная система, ведь они сложились из вещества с той же историей. По сути, TNG50 — это инструмент, который позволяет, подобно машине времени, заглянуть в прошлое космоса и увидеть, как из почти однородного газа рождается сложная структура современной Вселенной.