Текст уведомления здесь

Новая космологическая модель хватает звезды с неба

Немецкие и американские астрофизики запустили на суперкомпьютере космологическую модель нового поколения. Она показывает формирование и эволюцию галактик с большой точностью и позволяет исследовать разные аспекты развития Вселенной.
Добавить в закладки
Комментарии

Космологическую модель нового поколения Illustris TNG астрофизики опробовали на суперкомпьютере Hazel Hen в Центре высокопроизводительных вычислений в Штутгарте (Германия). Модель включает около 30 миллиардов элементов, описывающих факторы, которые влияют на формирование и эволюцию галактик. Девятнадцатый в мире по мощности суперкомпьютер производительностью 7,42 петафлопса задействовал для максимально сложных расчетов в модели до 24 тысяч вычислительных ядер.

Результаты модели позволяют изучить разные аспекты развития Вселенной, например бимодальное (имеющего два пика) распределение цвета галактик. Молодые галактики, в которых идет активное звездообразование, испускают больше света в коротковолновой части спектра (синей), поскольку более горячи (чем выше температура тела, тем короче длина волны).

Постепенно газ, необходимый для формирования новых звезд, расходуется, и галактики остывают, излучая больше энергии в длинноволновой (красной) части спектра, — так формируется красная последовательность галактик. Возрасту галактики, таким образом, соответствуют два пика в распределении цвета — красный и синий, и по цвету галактики можно судить о ее эволюции.

Чтобы оценить работоспособность модели, ученые сравнили распределение цвета галактик массой от 10⁹ до 10¹² солнечных масс с фотометрическими данными Слоуновского цифрового небесного обзора и получили совпадающие результаты.

Ученым удалось показать, что среди галактик с низким красным смещением, то есть возрастом менее восьми миллиардов лет, есть резкий переход между синим и красным цветом, соответствующий галактической массе 1010,5 массы Солнца. Виновница этого изменения — сверхмассивная черная дыра в центре каждой галактики, которая тормозит звездообразование.

Исследователи выяснили, что эволюция галактики, то есть переход из синей в красную последовательность занимает примерно 1,6 миллиарда лет, причем для галактик с большей массой времени требуется меньше.

Модель дает наглядные признаки «угасания» галактики. При сравнении красных и синих галактик заданной массы выяснилось: в тех, что краснее, звездообразование шло медленнее, было меньше атомов металлов и сгустков газа, слабее магнитное поле, а само звездное население — старше.

Астрофизикам удалось также выяснить детали формирования самой красной последовательности. Модель, например, показала, что пятая часть тяжелых галактик (массой более 10¹¹ солнечных) набирает как минимум половину своей сегодняшней массы, уже находясь в красной последовательности.

Эти результаты, полученные на модели нового поколения, свидетельствуют как о превосходном качестве самой модели, так и о возможностях использования новейших вычислительных технологий для решения фундаментальных проблем астрофизики.

Об исследовании сообщает пресс-служба Общества Макса Планка.

Недавно команда российских астрофизиков совместно с зарубежными коллегами обнаружила ранее неизвестные массивные скопления далеких галактик.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

На экзопланетах системы TRAPPIST-1 есть признаки воды

Две международные команды американских и европейских астрономов обнаружили, что в атмосфере экзопланет вокруг звезды TRAPPIST-1 нет водорода, а их поверхность имеет твердую каменистую структуру и признаки наличия воды.
Добавить в закладки
Комментарии

TRAPPIST-1 — красный карлик в созвездии Водолея, на расстоянии 39,5 световых года от Солнца. Масса звезды составляет около 1% массы Солнца, а радиус — 0,12 солнечного. В 2016—2017 годах вокруг TRAPPIST-1 была открыта планетная система, состоящая из семи планет, причем четыре из них принадлежат к т.н. земному типу экзопланет. Три из них находятся в зоне обитаемости: расстояние от них до звезды таково, что вода может находиться в жидком состоянии, не замерзая и не испаряясь. И еще одна из планет находится на самой границе зоны обитаемости.

В первом исследовании команда астрономов изучила состав атмосферы «земного типа». Особенно ученых интересовал водород. Богатая водородом атмосфера планеты указывает на наличие сильного парникового эффекта и разогретую атмосферу, что очень снижает шансы обнаружить на них жизнь.

С помощью телескопа Hubble астрономы проанализировали спектральный состав атмосфер планет. Атмосфера с преобладанием водорода имеет спектроскопические особенности в ближнем инфракрасном диапазоне. Но спектральный анализ определённо указал, что водорода в составе атмосферы этих планет нет. Что, по словам астрономов, «дополнительно поддерживает гипотезу об их земном и потенциально обитаемом характере».

Во втором исследовании астрономы изучали плотность и массу планет системы TRAPPIST-1. На основе данных, собранных наземными телескопами SPECULOOS Southern Observatory (Чили), и космическими телескопами Spitzer и Kepler, ученые построили компьютерную модель, чтобы точно определить плотность планет звезды TRAPPIST-1. Их характерная особенность в том, что они расположены очень близко друг к другу и влияют на орбиты друг друга своей гравитацией. Отклонения, вызванные гравитацией, ученые также заложили в свою модель, чтобы точнее определить массу планет. [ ... ]

Читать полностью

Новые наблюдения перевернули представления о ранней Вселенной

Первые звезды возникли намного раньше, а материя в те времена была гораздо холоднее, чем считалось ранее.
Добавить в закладки
Комментарии

Международная группа ученых с помощью наблюдений за радиоизлучением линии нейтрального водорода выяснила, что первые звезды появились во Вселенной уже через 180 миллионов лет после Большого взрыва, а не через сотни миллионов лет, как было принято думать ранее. На данный момент не вполне ясно, как процесс образования звезд мог произойти так рано. Кроме того, выяснилось, что газ в ранней Вселенной имел температуру всего в 3,2 кельвина — вдвое ниже, чем считалось ранее. Ученые предполагают, что такая аномально низкая температура могла быть связана с влиянием темной материи. Соответствующие статьи опубликована в журнале Nature.

Сразу после Большого взрыва Вселенная была наполнена горячей плазмой, непроницаемой для фотонов и слишком горячей для существования атомов и объектов на их основе. Через 380 000 лет она остыла достаточно, чтобы протоны и электроны, сливаясь, начали создавать атомы водорода. Сравнительно недавно считалось, что процесс образования атомов и медленное формирование скоплений газа, из которых возникли звезды, длился 550 миллионов лет. Предполагалось, что в этот период звезд не было, отчего его условно называли «Темные века». После образования звезд они своим излучением снова ионизировали прежде нейтральные атомы водорода, на чем «Темные века» закончились, и наступило более или менее современное состояние Вселенной.

Как видно из этого описания, проверить его сложно. На границе между «Темными веками» и вторичной ионизацией свет первых появившихся звезд должен был поглощаться массами в основном еще не ионизированного газа. Чтобы прояснить, когда же на самом деле возникли первые звезды, астрономы в новой работе проанализировали излучение нейтральной линии водорода — самого распространенного элемента во Вселенной.

Оказалось, что на красных смещениях, соответствующих 180−270 миллионам лет после Большого взрыва (то есть формально — разгару «Темных веков»), на самом деле есть явные спектральные следы существования ярких звезд. Дело в том, что когда на водород действует интенсивное ультрафиолетовое излучение, он начинает поглощать часть фотонов реликтового излучения, пронизывающего всю Вселенную. И исследователям на самом деле удалось обнаружить «провал» в числе фотонов такого излучения для частот в 70−90 мегагерц, соответствующих указанному выше времени. [ ... ]

Читать полностью

Галактики любых размеров вращаются за одно и то же время

Карликовые и гигантские вращающиеся галактики делают полный оборот примерно за миллиард лет.
Добавить в закладки
Комментарии

Астрономы из Австралии, КНР и США изучили динамику вращения галактик разных размеров и выяснили, что «края» более крупных галактик вращаются быстрее, чем у более мелких, из-за чего полный оборот они делают за одно и то же время. Открытие может заметно упростить изучение галактик в будущем. Соответствующая статья опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Авторы новой работы изучили вращение дисков нескольких десятков галактик разных размеров — от карликовых неправильной формы (некоторые из них вращаются вокруг Млечного Пути) до крупных спиральных галактик (как сам Млечный Путь). Чтобы определить соотношение скоростей вращения внешних слоев галактического диска к радиусу соответствующей галактики, исследователи использовали данные из Survey of Ionization in Neutral Gas Galaxies (SINGG), Parkes All Sky Survey (HIPASS) и Survey of Ultraviolet Emission in Neutral Gas Galaxies (SUNGG). Все эти три исследования проводились ранее с помощью телескопов, работающих в видимом и ультрафиолетовом диапазоне, а также с помощью 64-метрового радиотелескопа обсерватории Паркса (Австралия). Исходно эти работы были ориентированы на изучение межзвездного газа, однако сделанные в их ходе снимки пригодны и для поиска звезд.

Анализ показал, что чем галактика крупнее, тем быстрее вращаются внешние части ее диска. Для самых огромных из них скорость движения этих частей диска доходит до 300 километров в секунду, а для «малышей» — лишь до 10 километров в секунду. Вследствие этого все изученные в работе галактики делали один полный оборот за миллиард лет независимо от своих размеров. Этот вывод поможет астрономам в будущем заметно упростить изучение вновь открытых галактик: представляя себе часть их параметров заранее, проще будет собрать данные наблюдений по ним и меньше времени придется потратить на их обработку на вычислительных мощностях.

Другой важный результат работы — обнаружение старых звезд во внешних частях галактических дисков. До сих пор считалось, что они там должны быть скорее исключением, чем нормой. Окраины галактик часто наполнены газом, поэтому там формируются новые звезды. Предполагалось, что именно они и будут составлять большинство звездного населения внешних частей галактических дисков. [ ... ]

Читать полностью