Международная группа исследователей завершила космологическое моделирование ASTRID, проследив развитие Вселенной от ранних этапов до современности. Результаты работы опубликованы в журнале The Astrophysical Journal. Руководителем исследования стал аспирант факультета физики Университета Карнеги — Меллона Ихао Чжоу.
Моделирование должно помочь объяснить наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб», обнаружившего в молодой Вселенной неожиданно развитые галактики и сверхмассивные черные дыры. ASTRID рассчитывает процессы в кубическом объеме космоса со стороной 370 мегапарсек. В расчетах использовано около 330 млрд частиц, что обеспечивает высокую детализацию модели.
Ученые начали вычисления с красного смещения z=99, соответствующего эпохе ранней Вселенной, и довели их до z=0, то есть до настоящего времени. Красное смещение показывает, насколько растянулся свет удаленных объектов из-за расширения Вселенной. Полученные данные стали доступны научному сообществу.
В ASTRID учтены массивные черные дыры с массами примерно от 40 тыс. до 200 млрд масс Солнца. Модель зафиксировала свыше 3 млн их слияний и позволяет точнее оценивать траектории сближения черных дыр в центрах объединяющихся галактик. Это важно для прогнозирования условий, в которых могут возникать источники гравитационных волн.
Исследователи рассчитывают использовать результаты ASTRID при подготовке наблюдений будущей космической обсерватории LISA, предназначенной для регистрации гравитационных волн. Аппарат планируется запустить в 2035 году. Моделирование также позволяет изучать возможные «семена» сверхмассивных черных дыр, к которым могут относиться обнаруженные телескопом «Джеймс Уэбб» объекты, известные как «маленькие красные точки».
По словам Чжоу, суперкомпьютеры дают возможность создать численную модель Вселенной и проследить эволюцию звезд и массивных черных дыр на протяжении всей космической истории. Такие расчеты помогают сопоставлять теоретические представления с реальными астрономическими наблюдениями. Авторы считают, что ASTRID позволит лучше понять формирование галактик, черных дыр и крупномасштабной структуры Вселенной.