Keď astronómovia v minulosti skúmali vzdialené časti vesmíru, museli sa spoliehať na postupné vrstvenie pozorovaní a na modely, ktoré sa len pomaly približovali realite. Dnes sme svedkami podobného obdobia, len s oveľa výkonnejšími nástrojmi. Mliečna cesta, ktorú považujeme za svoj domov, nebola vždy pokojnou špirálou. Podľa nových superpočítačových simulácií Megatron bola v prvých dvoch miliardách rokov po Veľkom tresku oblasť, z ktorej neskôr vznikla naša galaxia, zaplavená tisícmi menších galaxií najrôznejších veľkostí a tvarov. Tie sa postupne zrážali a spájali, až z nich vznikol jediný útvar, v ktorom dnes žijeme.
Výskum, ktorý tím publikoval 30. septembra v The Open Journal of Astrophysics, je výsledkom troch rokov simulácií na superpočítačoch. Nejde o jednoduchý model – vedci v ňom sledovali vývoj plynu, hviezdneho svetla a chemických procesov od 180 miliónov rokov po Veľkom tresku až do dvoch miliárd rokov. Simulácia, pomenovaná Megatron, predpovedá charakteristické svetelné spektrá virtuálnych galaxií. Keďže vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST) zbiera rovnaký typ spektrálnych údajov z podobného obdobia, vedci môžu simuláciu priamo porovnávať so skutočnými pozorovaniami a hľadať, čo staršie modely prehliadali.
„Pri pohľade na tieto výsledky je úplne jasné, že fyzika bezprostredne po Veľkom tresku má priamy vplyv na to, čo dnes vidíme v lokálnom vesmíre,“ uviedol spoluautor štúdie Harley Katz z University of Chicago. Jeho kolega Martin Rey z University of Bath dodal, že kombinácia simulácií a pozorovaní umožňuje testovať konkurenčné modely prvých hviezd spôsobom, aký predtým nebol možný.
Simulácia zachytáva aj to, ako prvé hviezdy vznikali, zanikali a do okolitého plynu uvoľňovali ťažké prvky ako uhlík, kyslík a železo. Práve tieto prvky sú stavebnými kameňmi budúcich hviezd a planét. Model sa začína v čase, keď bol vesmír ešte bez hviezd a galaxií a obsahoval len panenský plyn. Postupne ukazuje, ako prvé svetlo rozsvietilo temný vesmír, spustilo éru známu ako kozmický úsvit a napokon viedlo k násilným smrtiam prvých hviezd. Tie svojimi explóziami obohatili okolie o nové prvky.
Simulácia sa končí dve miliardy rokov po Veľkom tresku, no spájanie galaxií pokračovalo ďalej. Mliečna cesta sa dodnes zráža s malými galaxiami a vedci stále nachádzajú stopy po tých, ktoré sa s ňou spojili. Najväčšia nedávna zrážka, s trpasličou galaxiou Sagittarius, sa začala pred viac ako šiestimi miliardami rokov a pokračuje dodnes.
Vedci upozorňujú, že model nie je dokonalý. „Sú veci, ktoré nezachytávame správne, a to je tiež zaujímavé – čo nám stále chýba?“ povedal Katz. Práve tieto medzery môžu viesť k novým otázkam a smerom výskumu. Tím Megatron už pripravuje ďalšiu generáciu simulácií, ktoré zahrnú zložitejšiu fyziku vrátane aktívnych čiernych dier. JWST totiž ukázal, že v ranom vesmíre boli prekvapivo bežné.
Prečo sú simulácie nevyhnutné
Astronómovia nemôžu experimentovať s vesmírom priamo. Namiesto toho vytvárajú počítačové modely, ktoré zakódujú známe fyzikálne zákony a nechajú ich vyvíjať v čase. Simulácia Megatron je výnimočná tým, že dokáže sledovať chemické zloženie a svetelné spektrá tisícok virtuálnych galaxií naraz. To umožňuje vedcom porovnávať model s reálnymi pozorovaniami JWST a zistiť, kde sa predpovede odchyľujú od reality.
V ranom vesmíre boli galaxie menšie a rozptýlené. Gravitácia postupne spôsobovala, že sa k sebe približovali a splývali. Pri zrážkach sa hviezdy väčšinou nezrazili priamo – skôr sa preusporiadali do nových štruktúr. Tento proces trval miliardy rokov a vytvoril zložitú štruktúru, akou je Mliečna cesta. Simulácia ukazuje, že náš domov nie je výsledkom jedného veľkého zhluku, ale tisícok menších udalostí.
Prvé hviezdy boli obrovské, jasné a krátkodobé. Keď vybuchli ako supernovy, rozptýlili do okolia ťažké prvky. Bez tohto obohatenia by nemohli vzniknúť skalnaté planéty ani život, ako ho poznáme. Simulácia sleduje, ako sa tieto prvky šírili a ako ovplyvnili ďalšie generácie hviezd. Práve prepojenie medzi prvými hviezdami a neskoršou chemickou evolúciou je jedným z kľúčových prínosov modelu Megatron.
JWST objavil galaxie, ktoré sú jasnejšie a kompaktnejšie, než modely predpovedali. Tieto anomálie naznačujú, že vo fyzike raného vesmíru chýba dôležitý diel. Megatron pomáha identifikovať, ktoré parametre treba upraviť. Podľa vedcov to nie je len technický detail – ide o cestu k presnejšiemu obrazu toho, ako sa vesmír vyvíjal. Každá nezrovnalosť medzi simuláciou a pozorovaním je príležitosťou na spresnenie modelov.
Súčasný model sa zastavuje dve miliardy rokov po Veľkom tresku. Neskoršie procesy, ako pokračujúce spájanie galaxií alebo vplyv aktívnych čiernych dier, zatiaľ nezachytáva. Tím Megatron pripravuje novú generáciu simulácií, ktoré zahrnú aj tieto javy. Vedci zároveň upozorňujú, že stále existujú oblasti, kde sa model nezhoduje s pozorovaniami – a práve tie môžu viesť k novým objavom.
Význam tohto výskumu pre vedu je jasný: spája teoretické modelovanie s reálnymi pozorovaniami a umožňuje testovať, ako fyzika raného vesmíru formovala to, čo dnes vidíme okolo nás. Nejde len o opis minulosti, ale o nástroj, ktorý pomôže interpretovať dáta z JWST a možno aj z budúcich teleskopov. Pre širokú verejnosť to znamená lepšie pochopenie nášho kozmického pôvodu – že Mliečna cesta nie je nemenná, ale výsledkom miliárd rokov postupného vývoja.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívne
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
