Суперкомпьютеры смоделировали формирование галактики, похожей на Млечный Путь

Работа MEGATRON охватывает первые два миллиарда лет после Большого взрыва. Её результаты изложены в шести научных статьях.

Моделирование начинается примерно через 180 миллионов лет после Большого взрыва. Тогда вместо одной крупной галактики существовали тысячи небольших структур: они сталкивались и сливались, а в одних активно рождались звёзды, в других преобладал газ. Расчёты показывают, как из этой системы могла постепенно сложиться галактика, похожая на Млечный Путь.

В модели учитываются гравитация, движение газа, распространение излучения и химические реакции, а также рождение и эволюция звёзд. Исследователи отдельно включили процессы, в которых химические реакции не успевают достичь равновесия из-за постоянно меняющихся условий ранней Вселенной. Команда также рассчитала, как тысячи подсистем могли бы выглядеть для телескопов Hubble и James Webb. Это позволяет сравнить симуляцию с наблюдениями далёких галактик.

MEGATRON предсказала существование необычных галактик почти без звёзд, способных излучать свет. Некоторые могли лишиться звёзд после мощных взрывов и образования чёрных дыр, другие могли состоять главным образом из газа. Наблюдения таких объектов могут помочь проверить представления о ранней эволюции галактик.

Модель также объясняет, почему у самых тусклых галактик может нарушаться обычная связь между размером системы и содержанием железа. Возможный источник этого элемента — звёзды населения III, первое гипотетическое поколение звёзд, сформировавшееся из водорода и гелия. После гибели они могли выбрасывать железо: крупные галактики удерживали его гравитацией, а из маленьких часть вещества уходила в межгалактическое пространство. Такие звёзды пока не обнаружили напрямую, но симуляция указывает, где в веществе, из которого возник Млечный Путь, могут сохраниться их химические следы.

Согласно расчётам, около 12 миллиардов лет назад предок нашей галактики уже мог иметь вращающийся диск, тяжёлые элементы и пыль. Его строение меняли столкновения с молодыми галактиками. Авторы отмечают, что модель пока не объясняет все наблюдения. Расхождения могут указать на процессы, которых ещё нет в современных расчётах формирования галактик.