Новая космологическая модель хватает звезды с неба
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.
Проект IllustrisTNG представляет собой непрерывную серию крупных космологических магнитогидродинамических симуляций формирования галактик.
В настоящее время проект включает три основных прогона, охватывающих диапазон объема и разрешения; они называются TNG50, TNG100 и TNG300
© The TNG Collaboration
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 10? до 10?? 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 10?? 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
Источник: chrdk.ru
