Ультракарликовые галактики — крошечные спутники Млечного Пути, состоящие всего из нескольких тысяч–десятков тысяч звезд, — давно считают «ископаемыми» ранней Вселенной.
Новое исследование показало, насколько сильно эти тусклые системы сохранили «отпечаток» первых сотен миллионов лет космической истории — вплоть до того, каким был уровень излучения и где вообще могли загораться первые звезды.
Команда специалистов центра Оскара Клейна (Стокгольм) под руководством Азаде Фаттахи в рамках коллаборации LYRA создала самый большой на сегодняшний день набор высокоточных космологических симуляций, специально нацеленных на формирование и эволюцию самых маломассивных галактик. Речь идет об объектах, в миллион и более раз менее массивных, чем Млечный Путь. Такие системы формируются в маленьких гало темной материи, которые предсказывает стандартной космологией, но из‑за своей хрупкости и размера их крайне сложно моделировать.
По свойствам ультратусклых галактик-карликов сегодня — в возрасте Вселенной около 13 млрд лет — можно восстановить «климат» ранней эпохи, когда ей было меньше 500 млн лет. В моделях команда меняла характеристики радиационной среды в молодом космосе — по сути, насколько быстро и интенсивно шло пере-ионизование межгалактического газа молодыми звездами и квазарами — и смотрела, какие из мелких гало темной материи сумеют вообще зажечь звезды.
Выяснилось, что именно ультратусклые галактики оказываются чрезвычайно чувствительны к этим ранним условиям. Для самых маленьких гало судьба буквально решается в первые сотни миллионов лет: при одном сценарии они превращаются в видимые галактики, при другом так и остаются невидимыми «пустыми» скоплениями темной материи без единой звезды. Более крупные системы, такие как Млечный Путь, к этим деталям почти безразличны: они формируются и растут в широком диапазоне начальных условий.
Карта темной материи в нашем районе Вселенной. Два больших уплотнения — это гало темной материи Млечного Пути и галактики Андромеды; (B) Увеличенное изображение карты темной материи, показывающее небольшое скопление темной материи примерно через 700 миллионов лет после Большого взрыва; (C-1 и C-2) звезды и газ в смоделированной ультраслабой карликовой галактике, образовавшейся в центре небольшого гало темной материи на панели B. На двух панелях показаны два разных уровня излучения вскоре после Большого взрыва. Это показывает, как ультраслабая карликовая галактика меняет свои свойства в зависимости от используемого излучения. Масштаб на каждом изображении указан в световых годах.
Карта темной материи в нашем районе Вселенной. Два больших уплотнения — это гало темной материи Млечного Пути и галактики Андромеды; (B) Увеличенное изображение карты темной материи, показывающее небольшое скопление темной материи примерно через 700 миллионов лет после Большого взрыва; (C-1 и C-2) звезды и газ в смоделированной ультраслабой карликовой галактике, образовавшейся в центре небольшого гало темной материи на панели B. На двух панелях показаны два разных уровня излучения вскоре после Большого взрыва. Это показывает, как ультраслабая карликовая галактика меняет свои свойства в зависимости от используемого излучения. Масштаб на каждом изображении указан в световых годах.источник: J Sureda/A Fattahi/S Brown/S Avraham
Это делает местные ультракарликовые спутники Млечного Пути ценнейшими свидетелями ранней Вселенной. Уже в ближайшие годы начнет работу обзор Веры Рубин (LSST), который, как ожидается, откроет огромное количество новых тусклых карликов вокруг нашей Галактики. Новые симуляции показывают: благодаря такой «переписи» спутников можно будет не только тестировать модели формирования галактик, но и изучать физику раннего космоса, до сих пор практически недоступную прямым наблюдениям.
Работа особенно актуальна на фоне неожиданно ярких и массивных далеких галактик, открытых телескопом Джеймса Уэбба: ранняя Вселенная уже умеет удивлять нас на больших расстояниях, и ее местные «реликты» могут дать независимый взгляд на те же процессы.
Технически проект тоже впечатляет: расчеты на космологическом суперкомпьютере COSMA 8 (Великобритания) заняли более полугода непрерывного времени и породили около 300 терабайт данных. Пришлось обновлять и оптимизировать многие алгоритмы анализа, изначально рассчитанные на меньшие объемы информации.
Теперь команда планирует использовать этот набор симуляций, чтобы найти ответы на еще более глубокие вопросы: где в галактиках могут прятаться звезды самого первого поколения, и что свойства ультратусклых карликов могут рассказать о самой темной материи — ее массе, скорости движения, возможных отклонениях от «холодной» модели. Таким образом, самые малые галактики снова помогают ученым разгадать самые большие загадки космологии.
По информации https://naked-science.ru/
