Галактики-спутники Млечного Пути хранят память о первых 500 миллионах лет существования Вселенной

Исследование, проведенное под руководством Азаде Фаттахи из Центра Оскара Клейна (Стокгольм) в сотрудничестве с коллаборацией LYRA, Даремским университетом и Гавайским университетом, обнаружило, что сверхслабые карликовые галактики, вращающиеся вокруг Млечного Пути, являются чрезвычайно чувствительными индикаторами условий ранней Вселенной, определяя, какие темные гало смогли сформировать звезды, а какие остались беззвездными. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Сверхслабые карликовые галактики, которые долгое время считались просто космическими ископаемыми, крошечными и хрупкими спутниками Млечного Пути, на поверку оказались ключом к пониманию самых ранних эпох существования Вселенной. Эти системы, чья масса может быть в миллион раз меньше массы нашей Галактики, настолько малы и неуловимы, что их моделирование и симуляция всегда представляли собой серьезную вычислительную проблему.

Однако новая работа, опубликованная в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, совершает прорыв благодаря беспрецедентному набору космологических симуляций с высочайшим разрешением. Исследовательская группа под руководством Азаде Фаттахи из Центра Оскара Клейна, а также Шона Брауна, представила самую большую выборку таких галактик, когда-либо моделированных с таким уровнем детализации. Общий объем сгенерированных данных достиг примерно 300 терабайт, а вычисления заняли более шести месяцев на суперкомпьютере COSMA 8 в Институте вычислительной космологии Даремского университета.

Авторы исследования предлагают простую и наглядную аналогию: эти карликовые галактики подобны сельскохозяйственным культурам. Подобно тому, как урожайность летом может косвенно рассказать о погоде весной, свойства современных сверхслабых карликов могут многое поведать о «климате» ранней Вселенной, когда ее возраст был менее 500 миллионов лет. Ученые исследовали два различных сценария радиационной среды той эпохи и обнаружили, что самые маленькие галактики поразительно чувствительны к этим изменениям.

В то время как более массивные системы, такие как Млечный Путь, практически не подвержены влиянию таких вариаций, условия ранней Вселенной буквально определяют судьбу ультраслабых карликов: станут ли они видимыми галактиками, в которых зажглись звезды, или навсегда останутся беззвездными гало из темной материи. Таким образом, эти локальные объекты выступают в роли природных детекторов, способных зафиксировать физические условия, которые невозможно напрямую измерить иными способами.

Особую актуальность этим результатам придают два обстоятельства. Во-первых, в ближайшем будущем ожидается полный ввод в строй обсерватории имени Веры К. Рубин, которая сможет обнаружить большое количество новых ультраслабых карликовых галактик возле Млечного Пути, предоставив практически полный каталог наших космических соседей. Во-вторых, недавние открытия космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST), показавшие существование неожиданно массивных и ярких галактик в ранней Вселенной, создали загадку.

Новое моделирование предлагает дополнительный, локальный путь к разгадке этой тайны: изучая сверхслабые карлики, реликты той же эпохи, оставшиеся у нас «под боком», астрономы смогут проверить различные гипотезы о ранней космической среде и понять, почему одни галактики росли, а другие нет.

Несмотря на серьезные вычислительные сложности и необходимость модернизации алгоритмов для работы с огромными массивами данных, команда исследователей планирует использовать свой новый инструментарий для решения других фундаментальных вопросов, включая поиск первых поколений звезд во Вселенной и выяснение того, что свойства ультраслабых карликов могут рассказать о природе темной материи.

В результате моделирование показало, что сверхслабые карликовые галактики являются не просто пассивными «древними окаменелостями», а уникальными индикаторами условий ранней Вселенной, и предстоящие наблюдения с обсерваторией Рубин позволят, изучая этих крошечных спутников Млечного Пути, напрямую проверить физические условия, существовавшие менее чем через 500 миллионов лет после Большого взрыва, что невозможно сделать другими способами.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях