Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) революционизирует наше понимание ранней Вселенной. Благодаря зеркалу, большему, чем у Хаббла, и способности вести наблюдения в глубоком инфракрасном диапазоне, JWST дает нам детальное представление о том периоде Вселенной, когда галактики только начинали формироваться. Результаты были удивительными, что привело некоторых к утверждению, что они опровергают теорию большого взрыва. Но большой взрыв все еще не поврежден, как показывает недавнее исследование.
Стандартной моделью большого взрыва для космологии является модель LCDM, которая представляет собой вселенную, которая расширяется за счет темной энергии (представленной Лямбдой в уравнениях) и заполнена холодной темной материей (CDM). На данный момент это модель, наиболее убедительно подтверждаемая данными наблюдений. Но одна из вещей, которые, казалось, предсказывал LCDM, заключалась в том, что ранние галактики должны были быть маленькими и неправильной формы, образуясь в результате столкновений в более крупные галактики, которые мы видим сегодня. Это предсказание появилось на основе компьютерного моделирования ранней Вселенной.
Исходные данные JWST, казалось, противоречили этому предсказанию. В частности, два исследования, JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) и Cosmic Evolution Early Release Science Survey (SEERS) обнаружили несколько галактик с красным смещением z больше 10. Эти галактики являются одними из самых отдаленных галактик, когда-либо наблюдавшихся. Они так далеко, что мы видим их в то время, когда Вселенной было менее 500 миллионов лет. Эти галактики не только крупнее и развитее, чем ожидалось, но и отличаются высокой скоростью образования звезд.
Вот тут-то и вмешались скептики большого взрыва. Они утверждали, что галактики слишком развиты и слишком активны, чтобы образоваться менее чем за полмиллиарда лет, поэтому большой взрыв должен быть ошибочным.
Но вместо того, чтобы опровергать большой взрыв, эти результаты показывают проблемы моделирования ранней Вселенной. Ключом к космологическому моделированию является возможность смоделировать его в мельчайших деталях. Очевидно, что мы не можем смоделировать все, поэтому модели фокусируются на определенных масштабах, таких как определенный начальный размер галактик. Чем детальнее ваше моделирование, тем точнее оно может быть, но тем больше вычислительной мощности вам потребуется для его запуска.
В этом недавнем исследовании рассматривались симуляции высокого разрешения под названием Renaissance, которые выполняются на суперкомпьютере Blue Waters Sustainable Petascale Computing в Университете Иллинойса. Моделирование эпохи Возрождения может моделировать галактики в ранней Вселенной в диапазоне от 10 000 солнечных масс до десятков миллионов солнечных масс. Это одна из самых подробных симуляций, доступных в настоящее время.
Команда изучила шесть галактик из обзоров JADES и SEERS, которые имели красное смещение z > 10 и имели хорошо измеренные скорости звездообразования. Когда они сравнили эти галактики с диапазоном галактик, полученных в моделировании эпохи Возрождения, они обнаружили сильное согласие. Наблюдения JWST поддерживают модель большого взрыва LCDM.
Поскольку JWST продолжает собирать данные, он обязательно обнаружит больше сюрпризов от наблюдений. И, как показывает это исследование, для проверки наблюдений потребуются более подробные симуляции. Так же, как JWST раздвигает границы космических наблюдений, астрофизикам нужно будет раздвинуть границы компьютерного моделирования, чтобы не отставать.
Ссылка: McCaffrey, Joe, et al. “No Tension: JWST Galaxies at z > 10 Consistent with Cosmological Simulations.” arXiv preprint arXiv:2304.13755 (2023).