Ученые приблизились к пониманию того, как из горячей и неоднородной «смеси» вещества после Большого взрыва возникли первые звезды и галактики. Многочисленные крупные галактики, которые телескоп Джеймса Уэбба обнаружил в очень ранней Вселенной — раньше, чем предсказывали многие модели, — могут формироваться без «поломки» стандартной космологической теории, пишет Science Alert.
Проблема ранней Вселенной
После Большого взрыва пространство было заполнено чрезвычайно горячей плазмой. Потребовались сотни миллионов лет, чтобы она достаточно остыла и уплотнилась, позволив появиться первым звездам и галактикам. Столь ранний период напрямую наблюдать почти невозможно — он слишком далек и скрыт за ограничениями доступных измерений, поэтому исследователи вынуждены полагаться на компьютерное моделирование.
Такие симуляции требуют колоссальных ресурсов суперкомпьютеров. Многие крупные проекты исторически использовали упрощенные описания физики, чтобы сделать задачи посильными. Однако именно эти упрощения могли влиять на оценку того, насколько «быстро» ранние галактики способны набирать массу и светимость.
Космологический проект симуляций COLIBRE нацелен на закрытие этих пробелов. В нем используются более детальные модели газа и пыли, а также мощные выбросы вещества, вызванные звездообразованием и активностью черных дыр.
«Большая часть газа внутри реальных галактик холодная и пыльная, но большинство прежних больших симуляций вынужденно игнорировали это. С COLIBRE мы наконец-то добавляем эти важнейшие компоненты в картину», — , — объясняет астроном Йооп Шайе из Лейденского университета.
COLIBRE — своего рода «мини-Вселенная» в виртуальном объеме. Исследователи задают исходные уравнения физики для расширяющейся Вселенной и запускают расчеты от эпохи до рождения звезд до современности. Если к финалу получается космос, похожий на реальный, значит выбранные параметры и физические допущения близки к тем процессам, которые действительно происходили.
В самый крупный расчет включили модель пыли: пылевые зерна представлены тремя типами и двумя размерами. Эти микроскопические частицы могут заметно менять ход эволюции Вселенной:
помогают свободным атомам объединяться в молекулы; влияют на распространение излучения (блокируют его или взаимодействуют с определенными длинами волн); меняют условия охлаждения газа, темпы образования звезд и видимые свойства галактик.
В итоге исследователям удалось получить виртуальную Вселенную, которая во многих отношениях выглядит «двойником» нашей.
Что остается загадкой
Несмотря на прогресс, вопросы остаются. Один из самых интригующих «сюрпризов» эпохи Космического рассвета, которые телескоп Уэбба помог выявить, — объекты, известные как Little Red Dots («маленькие красные точки»). Их природа пока не ясна: среди гипотез — чрезвычайно массивные звезды, сверхмассивные черные дыры или даже экзотические сочетания вроде звезд с черными дырами «внутри». Простого объяснения пока нет — и в рамках COLIBRE оно также не получено.
«Некоторые ранние результаты "Джеймса Уэбба" считались вызовом стандартной космологической модели. Но когда основные физические процессы представлены более реалистично, модель оказывается согласованной с тем, что мы видим», — отмечает астроном Евгений Чайкин.
Вероятно, именно «маленькие красные точки» станут одной из ключевых тем будущих исследований. Но уже сейчас новые результаты показывают: по мере того как симуляции становятся физически богаче и точнее, мы приближаемся к ответам о самом загадочном периоде истории Вселенной — времени, когда впервые «включился свет» галактик.