В исследовании, результаты которого публикует журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Эндрю Бенсон из Калифорнийского технологического института и Ник Деверекс из Университета Аризоны попытались смоделировать процесс формирования галактик, взяв за основу как астрономические данные, так и фундаментальные физические законы.

Что такое модель?

Математическая модель строилась учеными следующим образом: исследователи предположили, что в моделируемом пространстве находятся сгустки темной материи и в дальнейшем гравитационное поле этой материи собирает вокруг себя звезды и газ. Газ формирует диск галактики, а звезды собираются в ее ядро, форма которого близка к шарообразной.

Необходимо отметить, что сам процесс формирования диска и шарообразного звездного гало при этом не запрограммирован. Ученые лишь описали, каким образом взаимодействуют компоненты моделируемой системы между собой: массы притягиваются друг к другу по закону всемирного тяготения, а закон сохранения импульса приводит к тому, что газ не просто падает в центр масс, а движется по окружности в диске галактики. Иными словами, модель показывает, какие галактики могли бы образоваться из той материи, которая была на их месте ранее – и не обязательно то, какие они на самом деле.

Если результат моделирования совпадает с реальностью, это значит, что представления астрономов об исходных данных – то есть о прошлом Вселенной – верны. А если бы, к примеру, программа дала квадратные галактики с треугольным отверстием посередине – это указывало бы на то, что начальные условия заданы как-то неправильно.

Астрономы определяли начальные условия исходя из представлений о Вселенной в рамках так называемой «лямбда-модели холодной темной материи», то есть в рамках совокупности уравнений и параметров, которые Вселенную описывают.

В этой картине мира около 23% Вселенной состояло из темной материи, которая проявляет себя только гравитационным полем, основная часть (72%) приходилась на расталкивающие галактики темную энергию и оставшиеся крохи (около 4%) занимало обычное вещество. Темная материя в модели астрофизиков была собрана в сгустки, сгустки случайным образом распределены по Вселенной после Большого Взрыва и остывания вещества – а далее программа начала обсчитывать возникновение галактик.

Что получили?

Полученные результаты хорошо согласуются с тем, что можно увидеть, посмотрев на настоящее небо в достаточно мощный телескоп, позволяющий разглядеть галактики. Причем чем более солидный инструмент для наблюдений будет выбран, тем более далекие галактики можно будет рассмотреть, и у этого очевидного факта есть и менее очевидное следствие – мощные телескопы видят Вселенную на ранних этапах ее развития. Если до галактик, которые попали в поле зрения космического телескопа Хаббла, около 10 млрд световых лет, то это значит что и свет от них идет 10 млрд лет, мы видим галактики такими, какими они были именно 10 млрд лет назад. То есть астрономы легко могут заглянуть в прошлое Вселенной, просто наведя достаточно мощный телескоп на удаленные галактики – таким образом, например, можно увидеть даже гибель самых первых звезд. И то, какие раньше были галактики, для ученых, в общем-то, не секрет – сложность состояла в том, чтобы объяснить их форму.

И хотя результаты моделирования надо еще раз перепроверить, сопоставив с множеством данных от больших орбитальных телескопов, предварительный анализ показывает, что модель вполне корректна. А это, в свою очередь, говорит и о том, что представления ученых о темной материи и о истории Вселенной в целом скорее верны, нежели ошибочны.