Mokslininkai atskleidė galaktikos atsiradimo paslaptį, tai keičia absoliučiai viską
Seniai, netrukus po Didžiojo sprogimo, Visata buvo visai kitokia nei šiandien – dar prieš susiformuojant galaktikoms, ji buvo užpildyta pirmykšte medžiaga, iš kurios vėliau išaugo žvaigždės ir didžiulės struktūros.
Kaip tiksliai vyko šis virsmas ir iš ko tiksliai buvo sudaryta ankstyvoji medžiaga, ilgą laiką išliko mįslė. Dabar mokslininkai priartėjo prie atsakymo: pasitelkę galingesnes simuliacijas jie atkūrė chaotišką ankstyvosios Visatos „receptą“, kuriame svarbų vaidmenį atlieka dulkės, naujagimės žvaigždės ir sudėtinga chemija.
Rezultatai rodo, kad Džeimso Vebo kosminio teleskopo (JWST) užfiksuotos stambios galaktikos, aptiktos anksčiau, nei buvo manyta įmanoma, gali susiformuoti negriaunant dabartinių kosmologinių modelių – jeigu į skaičiavimus įtraukiama daugiau realių fizinių procesų detalių.
„Kai kurie ankstyvieji JWST rezultatai atrodė metantys iššūkį standartiniam kosmologiniam modeliui. Tačiau kai pagrindiniai fizikiniai procesai atvaizduojami realistiškiau, modelis dera su tuo, ką matome“, – teigė Leideno universiteto astronomas Evgenii Chaikin.
Po Didžiojo sprogimo erdvė priminė karštą plazmos „sriubą“, kuriai prireikė kelių šimtų milijonų metų, kad atvėstų ir pakankamai susitelktų. Tik tada galėjo pradėti formuotis pirmosios žvaigždės ir galaktikos. Suprasti, kaip tiksliai įvyko šis perėjimas nuo „sriubos“ prie žvaigždžių, yra itin svarbu norint paaiškinti, kaip Visata tapo tokia, kokią matome dabar.
Vis dėlto tai labai miglotas kosminės istorijos laikotarpis, kurio tiesiogiai stebėti kol kas neįmanoma. Dėl to mokslininkai remiasi simuliacijomis – bandymais kompiuteriu atkurti Visatos formavimąsi ir raidą.
Tam reikia milžiniškos skaičiavimo galios, todėl daugelis ankstesnių modelių buvo paremti supaprastinta fizika, kad skaičiavimai būtų įmanomi per protingą laiką. Tačiau tokie supaprastinimai gali „paslėpti“ svarbius procesus.
Kosmologinių simuliacijų projektas „COLIBRE“ siekia užpildyti šias spragas: jame įtraukiami detalesni dujų, dulkių ir galingų išmetimų, kuriuos sukelia žvaigždės bei juodosios skylės, modeliai. Taip tyrėjai siekia tiksliau suprasti ankstyvosios Visatos evoliuciją.
„Didelė dalis dujų realiose galaktikose yra šaltos ir dulkėtos, tačiau daugelyje ankstesnių didelio masto simuliacijų to teko nepaisyti. Su „COLIBRE“ pagaliau įtraukiame šiuos esminius komponentus“, – sakė Leideno universiteto astronomas Joop Schaye.
„COLIBRE“ iš esmės yra miniatiūrinė Visata virtualioje „dėžėje“. Mokslininkai įveda pradines sąlygas, nustato taisykles ir leidžia simuliacijai veikti nuo laikų iki žvaigždžių gimimo paties dabarties. Jei simuliacijos pabaigoje gautas rezultatas primena realų kosmosą, tuomet parametrai laikomi pagrįstu realių procesų atitikmeniu.
Didžiausiai simuliacijai prireikė apie 72 mln. procesoriaus valandų. Skaičiavimai buvo grindžiami šaltomis dujomis, iš kurių, kaip žinoma, formuojasi žvaigždės. Tokį procesą modeliuoti sudėtinga, todėl tyrėjai įtraukė papildomą fiziką ir chemiją, reikalingą realistiškesniam vaizdui.
Simuliacijoje taip pat panaudotas dulkių modelis: dulkių grūdeliai suskirstyti į tris tipus ir du dydžius. Nors šios dalelės itin mažos, jos gali smarkiai paveikti Visatos raidą. Pavyzdžiui, dulkės skatina laisvų atomų jungimąsi į molekules, o taip pat keičia spinduliuotės sklidimą – blokuodamos arba sąveikaudamos su tam tikrais bangos ilgiais.
Galiausiai mokslininkams pavyko sukurti virtualią Visatą, kuri savo savybėmis primena mūsiškę.
„Neįtikėtina matyti, kaip iš kompiuterio „iškyla“ galaktikos, kurios beveik nesiskiria nuo realių ir dalijasi daugeliu savybių, kurias astronomai matuoja stebėjimuose: jų skaičiumi, šviesiu, spalvomis ir dydžiais“, – teigė Durhamo universiteto fizikas Carlos Frenk.
„Labiausiai stebina tai, kad šią sintetinę Visatą galime sukurti vien spręsdami atitinkamas fizikos lygtis besiplečiančioje Visatoje“, – pridūrė jis.
Nors „COLIBRE“ priartino simuliacijas prie realybės, dalis klausimų išlieka atviri. Viena didžiausių JWST iškeltų mįslių, susijusių su Kosmine aušra, yra reiškinys, kurį astronomai praminė „mažaisiais raudonais taškeliais“.
Siūlomi paaiškinimai įvairuoja – nuo milžiniškų žvaigždžių iki didžiulių juodųjų skylių ar net žvaigždžių, kurių viduje gali slypėti juodosios skylės. Kad ir kas tai būtų, paprasto atsakymo kol kas nėra, o „COLIBRE“ simuliacijos taip pat dar nepateikia šio reiškinio paaiškinimo.
„Mažieji raudonieji taškeliai“ gali tapti vienu svarbiausių būsimų tyrimų taikinių. Tačiau dabartiniai rezultatai jau leidžia teigti, kad mokslininkai artėja prie atsakymų apie vieną paslaptingiausių Visatos istorijos laikotarpių.
Tyrimas publikuotas žurnale Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
