Моделирование помогает понять «темную Вселенную» и появление первичных галактик

Видимая материя составляет лишь 16 процентов от общей массы Вселенной. О природе остальной массы, называемой «темной материей» известно немного. Еще более удивительным является тот факт, что общая масса Вселенной соответствует лишь 30 процентам от количества ее энергии. Остальное приходится на темную энергию, свойства которой неизвестны ученым, но которая отвечает за ускоренное расширение Вселенной. Для выяснения новых подробностей о темной материи и темной энергии астрофизики используют крупномасштабные обзоры неба или проводят подробные исследования свойств галактик. Но ученые могут правильно интерпретировать результаты этих наблюдений только в том случае, если сравнивают их с прогнозами, сделанными на основе теоретических моделей темной материи и темной энергии. Однако эти симуляции требуют десятков миллионов часов машинного времени даже на современных суперкомпьютерах. Коллаборация Extreme-Horizon смогла запустить симуляцию эволюции космических структур с первых моментов после Большого взрыва до настоящего времени, используя суперкомпьютер «Жолио-Кюри», способный производить 22*10^15 операций с плавающей запятой в секунду. Первым результатом моделирования стала корректировка линий Леса Лайман-Альфа. Лес Лайман-Альфа представляет собой семейство эмиссионных линий водорода, относящихся к различным облакам водорода, расположенным на разных расстояниях в космологическом масштабе. Поскольку с увеличением расстояния до водородного облака растет длина волны его излучения, или красное смещение, то Лес Лайман-Альфа соответствует ряду облаков водорода, расположенных на разных красных смещениях последовательно в порядке удаления от нас. Корректировка этих линий необходима ввиду того, что при прохождении мимо других ярких источников на пути к Земле излучение водородного облака неизбежно претерпевает изменения. При использовании строящейся обсерватории DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) такие изменения будут обусловливать смещение оценки космологических параметров, производимой на основе линий Леса Лайман-Альфа, на величину до 5 процентов, в то время как целевая точность данной оценки для обсерватории составляет не более 1 процента. Еще одним интересным выводом из проведенного моделирования стало обнаружение «ульевого» механизма формирования галактик. Когда возраст Вселенной составлял от 2 до 3 миллиардов лет, некоторое количество нетипичных сверхкомпактных массивных галактик формировалось стремительно из большого числа крохотных галактик, выяснили исследователи. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; главный автор Солен Шабанье (Solène Chabanier).