Космічний простір детально досліджується не так давно — з середини ХХ ст., коли з’явилися перші великі ракети. До того ж, суперництво США та СРСР на тлі «холодної війни» сприяло активному фінансуванню космічних досліджень в обох країнах. Тож як для дрібних (як порівняти з розмірами космосу) створінь ми знаємо про нього доволі багато. І водночас ми як Сократ — знаємо, «що нічого не знаємо». Особливо мало відомо нам про те, що відбувалося одразу після Великого Вибуху. Тому вчені у своїх дослідженнях часто спираються на комп’ютерне моделювання Всесвіту. Це допомагає краще зрозуміти як саме він утворився та розвивається. Але є проблема — це обмежені можливості обчислювальної техніки.
Наприклад, деталізоване моделювання охоплює не більше кількох галактик, що ускладнює статистичні висновки та не бере до уваги інші скупчення зірок. У масштабних моделюваннях навпаки — не вистачає деталей. Тому такі моделювання роблять або великомасштабними, або деталізованими. А як ми знаємо, диявол криється у деталях.
TNG50 – найбільше моделювання історії Всесвіту
Команда вчених з Німеччини та США нещодавно завершила найбільш деталізоване великомасштабне моделювання під назвою TNG50. Ця ультрасучасна симуляція космосу допоможе краще розуміти процес його еволюції як у деталях, так і у великих масштабах.
Модель TNG50 була створена в межах проєкту IllustrisTNG – серії астрофізичних моделювань, спираючись на які науковці вивчають процеси формування галактик і еволюцію Всесвіту. Тут використовують найсучасніші числові коди й найпотужніші комп’ютери світу. Для створення симуляції залучили суперкомп’ютер Hazel Hen – він має 16 тис. обчислювальних ядер. Машина безперервно (!) виконувала розрахунки понад рік.
Виглядає вона як куб, який містить понад 20 млрд частинок: зірки, темну матерію, космічний пил та газ, магнітні поля та надмасивні чорні діри. Такий рівень деталізації раніше був доступний тільки при дослідженнях окремих галактик. Об’єм кубу у 230 млн світлових років дозволяє спостерігати за еволюцією галактик впродовж 13,8 млрд років.
Процес еволюціонування Всесвіту від Великого вибуху (ліворуч) до сучасності (праворуч)
Галактичні фонтани
Наприклад, вчені «відмотали» час назад і помітили, що спіральні галактики (як-от Чумацький Шлях), утворилися з хаотичних хмар газу. TNG50 показує, що за останні 10 млрд років галактики стають дедалі більш дископодібними, а інтенсивність їхньої хаотичної внутрішньої поведінки значно зменшилася. Коли галактики «стихали», з них витікали швидкісні вітри газу – це результат вибухів наднових зірок та активності надмасивних чорних дір.
Пізніше ці потоки хаотично випливали з галактик врізнобіч й набували форми конусів, з основою відносно далеко від центру скупчення. Тому газ, під дією гравітації, спочатку сповільнюється, потім зупиняється і падає назад, але вже на краю галактики (а не в центрі). Це нагадує принцип циркулювання води у фонтанах. Тому і назвали цей феномен «галактичним фонтаном». І утворюється таке собі замкнене коло: галактика формує фонтани, а фонтани зі свого боку формують галактику. Через це спіральні галактики тільки більшають.
Отже, дослідження TNG50 є першим у своєму роді й з нього ми вже дізналися багато нового. З часом команда вчених поділиться даними моделі TNG50 з астрономами всього світу. Це дозволить дослідникам знайти інші космічні феномени.
