Ультракарликовые галактики — это небольшие спутники Млечного Пути, состоящие всего из нескольких тысяч или десятков тысяч звезд, которые давно воспринимаются как «ископаемые» ранней Вселенной.
Новое исследование продемонстрировало, насколько эти тусклые системы сохранили «отпечаток» первых миллионов лет космической истории — включая уровень излучения и места, где могли возникать первые звезды.
Команда исследователей центра Оскара Клейна (Стокгольм), возглавляемая Азаде Фаттахи в рамках коллаборации LYRA, создала самый крупный на сегодняшний день набор высокоточных космологических симуляций, фокусируясь на формировании и эволюции самых маломассивных галактик. Речь идет о объектах, массой в миллион раз меньше, чем Млечный Путь. Такие системы образуются в небольших гало темной материи, предсказанных стандартной космологией, но из-за своей хрупкости и размеров их крайне сложно моделировать.
Анализируя свойства ультратусклых галактик-карликов, возраст которых составляет около 13 миллиардов лет, можно восстановить «климат» ранней эпохи, когда Вселенной было менее 500 миллионов лет. В моделях команда варьировала характеристики радиационной среды в молодом космосе — насколько быстро и интенсивно происходило пере-ионизование межгалактического газа молодыми звездами и квазарами — и изучала, какие из небольших гало темной материи способны были зажечь звезды.
Выяснилось, что ультратусклые галактики очень чувствительны к этим ранним условиям. Для самых малых гало судьба решается буквально в первые сотни миллионов лет: в одном сценарии они становятся видимыми галактиками, в другом остаются невидимыми «пустыми» скоплениями темной материи без звезд. Более крупные системы, такие как Млечный Путь, к этим деталям почти безразличны: они формируются и развиваются в широком диапазоне начальных условий.
Это делает местные ультракарликовые спутники Млечного Пути бесценными свидетелями ранней Вселенной. В ближайшие годы начнет функционировать обзор Веры Рубин (LSST), который, как ожидается, откроет множество новых тусклых карликов вокруг нашей Галактики. Новые симуляции показывают, что благодаря такой «переписи» спутников можно будет не только проверять модели формирования галактик, но и изучать физику раннего космоса, которая до сих пор была практически недоступна прямым наблюдениям.
Исследование особенно актуально на фоне неожиданно ярких и массивных далеких галактик, обнаруженных телескопом Джеймса Уэбба: ранняя Вселенная уже умеет удивлять нас на больших расстояниях, и ее местные «реликты» могут предоставить независимый взгляд на те же процессы.
Технически проект также 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 разработанные для меньших объемов информации.
Теперь команда намерена использовать этот набор симуляций, чтобы найти ответы на еще более глубокие вопросы: где в галактиках могут скрываться 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.
Фото: hi-tech.mail.ru