Космос 16 апреля 2026

Галактики сложнее, чем мы думали: новая симуляция переписала сценарий их рождения

Астрофизики представили проект COLIBRE — одни из самых детальных космологических гидродинамических расчетов на сегодня. В отличие от предыдущих моделей, здесь напрямую учитывают холодный газ, пыль, молекулы, сложные процессы охлаждения и химической эволюции. Это позволило избежать численных артефактов и точнее воспроизвести структуру галактик.

Исследователи давно моделируют формирование галактик с помощью численных симуляций. Расчеты начинаются с ранней Вселенной — почти однородной среды после Большого взрыва — и отслеживают, как гравитация собирает темную материю в гало, газ охлаждается, рождаются звезды и растут черные дыры.

Существующие проекты (IllustrisTNG, EAGLE, SIMBA) хорошо воспроизводят многие наблюдаемые характеристики, но из‑за вычислительных затрат упрощают физику: искусственно сглаживают холодный газ, вводят приближенные модели обратной связи от черных дыр и звезд.

COLIBRE приближается к реальной физике межзвездной среды без грубых упрощений. Ученые использовали усовершенствованные методы расчета гравитации и гидродинамики, увеличили число частиц темной материи. Такой подход позволил избежать численных артефактов (например, искусственной передачи энергии от темной материи к звездам) и точнее воспроизвести размеры и распределение массы галактик.

Пять кубов COLIBRE с размером стороны от 25 до 400 cMpc. Цвет показывает общую поверхностную плотность (в срезах толщиной 5 Мпк). Отмечены объёмы с высоким (m5), средним (m6) и низким (m7) разрешением. Источник: Royal Astronomical Society

Особое внимание авторы уделили обратной связи — процессам, где звезды и сверхмассивные черные дыры нагревают и выталкивают газ, подавляя звездообразование. В COLIBRE эти процессы моделируют детальнее, включая стадии до взрыва сверхновых и влияние вращения черных дыр на выбросы вещества.

Диапазон масштабов в детальной симуляции COLIBRE L025m5. Слева вверху — вся область моделирования: цвет отражает распределение вещества. Остальные изображения — увеличенные фрагменты, где виден свет галактик с учётом пыли. Справа показаны крупные области с группами галактик, а внутри них — ещё более близкие планы отдельных галактик. Внизу — четыре галактики, показанные с двух ракурсов: «сверху» и «сбоку». Их положение отмечено на верхних изображениях. Симуляция одновременно показывает и общую структуру Вселенной, и детали самих галактик. Источник: Royal Astronomical Society

Для согласования симуляций с наблюдениями астрофизики применили комбинацию физически обоснованных моделей и калибровку с помощью машинного обучения. Результат: распределение масс галактик, их свойства и размеры совпадают с реальными данными. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of Royal Astronomical Society.