Космическая эволюция галактик

К сожалению, наше знание о том, что произошло после этого – от первых нескольких сотен тысяч лет до сегодняшнего дня, то есть до 13,7 млрд. лет, – составляет очень много незавершенной работы. Мы знаем, что галактики и их звезды образовались из охлажденной, волокнистой материи из этой ранней эпохи. Они реионизировали водородный газ, а затем продолжили развиваться, и сталкиваться друг с другом во время постоянного расширения Вселенная. Далекие галактики слабы и трудно обнаруживаемы, и, не смотря на то, что наблюдения сделали большой прогресс в составлении сюжетной линии, астрономы обратились к теории и компьютерному моделированию в попытке завершить картину.

Есть три основных теоретических подхода к изучению космической частоты галактических слияний, отличающиеся тем, как они моделируют галактики. Первый подход не пытается моделировать образование галактики из первых принципов, он взамен "окрашивает" галактики в окружающую среду темной материи (которую называют «гало») в соответствии с ограничениями, установленными наблюдениями. Второй подход модели формирования галактик использует простые математические рецепты, снова используя гало темной материи в качестве основы модели. Третий метод, гидродинамические расчеты, пытается смоделировать все (темную материю, газ и звезды) самосогласованно – задача, которая до недавнего времени была вычислительно слишком сложной.

Астрономы Висенте Родригес Гомес (Vicente Rodriguez-Gomez), Ши Женел (Shy Genel), Аннализа Пиллепич (Annalisa Pillepich), Дилан Нельсон (Dylan Nelson), и Ларс Хернквист (Lars Hernquist) с другими коллегами из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) разработали новую теоретическую основу для расчета частоты слияний галактик в проекте Illustris, моделирующем образование галактик в космических объемах размером около трехсот миллионов световых лет, достаточно огромном, чтобы повторить многие известные свойства галактик и скоплений на данном и более ранних эпохах. Большой объем, включающий самосогласованную обработку обычной материи и реалистичную модель образования галактики, позволяет моделированию Illustris обеспечить беспрецедентное и точное изучение слияний всего космического времени.

Астрономы нашли четкие доказательства неуклонно уменьшающейся скорости галактического слияния (частота слияния три миллиарда лет после Большого Взрыва была примерно в пятнадцать раз выше, чем сегодня), и они прояснили природу слияний, например, найдя самое полезное определение отношения масс сливающихся галактик и сдерживания эпохи массового падения во время столкновения. Они сообщают некоторые резкие различия между результатами своих исследований и предсказанными другими популярными теориями, а также некоторые неясности в (еще неточных) наблюдаемых наборах данных. Это важное исследование знаменует собой начало более детальной серии исследований в космической эволюции галактик.