Проект Feedback in Realistic Environments, или FIRE, является кульминацией многолетних усилий нескольких университетов, которые — впервые — имитируют эволюцию галактик, начавшуюся вскоре после Большого взрыва, до наших дней. Результаты FIRE, первое моделирование, учитывающее реалистичное воздействие звезд на их галактики, показывают, что излучение звезд достаточно мощное, чтобы вытеснять материю из галактик. По словам Филипа Хопкинса, доцента теоретической астрофизики Калифорнийского технологического института (Калифорнийского технологического института) и ведущего автора статьи, полученной в результате этого проекта, этого толчка достаточно, чтобы учесть «недостающую» галактическую массу в предыдущих расчетах.
«Люди давно догадываются, что« недостающая физика »в этих моделях — это то, что мы называем обратной связью со звездами», — говорит Хопкинс. "Когда звезды образуются, они должны иметь драматическое влияние на галактики, в которых они возникают, через излучение, которое они излучают, ветер, который они сдувают со своей поверхности, и их взрывы как сверхновые. Раньше было невозможно напрямую проследить за этим. любой из этих процессов в галактике, поэтому более ранние модели просто оценивали — косвенно — влияние этих эффектов ».
Включая данные отдельных звезд в модели всей галактики, Хопкинс и его коллеги могут посмотреть на фактические эффекты звездной обратной связи — как излучение звезд «толкает» галактическую материю — в каждой из изучаемых ими галактик. С новыми и улучшенными компьютерными кодами Хопкинс и его коллеги теперь могут сфокусировать свою модель на конкретных галактиках, используя так называемое моделирование с увеличением. «Моделирование с увеличением позволяет вам« вырезать »и изучить только область Вселенной — например, несколько миллионов световых лет в поперечнике — вокруг того, что станет галактикой, которая вам небезразлична», — говорит он. «Было бы безумно дорого запускать моделирование всей Вселенной — около 50 миллиардов световых лет в поперечнике — одновременно, поэтому вы просто выбираете одну галактику за раз и концентрируете все свое разрешение на ней».Увеличенное изображение эволюционирующих звезд в галактиках позволяет исследователям видеть излучение звезд и взрывы сверхновых, выбрасывающих большое количество материала из этих галактик. Когда они подсчитывают количество вещества, потерянного галактиками во время этих событий, эта обратная связь от звезд при моделировании точно учитывает низкие массы, которые действительно наблюдались в реальных галактиках. «Главное, что мы можем объяснить, — это то, что настоящие галактики намного менее массивны, чем они были бы, если бы эти процессы обратной связи не работали», — говорит он. «Так что, если вы заботитесь о структуре галактики, вам действительно нужно заботиться о звездообразовании и сверхновых — и о влиянии их обратной связи на галактику».
Но как только звезды вытеснят эту материю из галактики, куда она денется?По словам Хопкинса, это хороший вопрос, на который исследователи надеются ответить, объединив свои модели с новыми наблюдениями в ближайшие месяцы.«Звезды и сверхновые, кажется, производят эти галактические суперветры, которые выдувают материал в то, что мы называем около- и межгалактической средой — пространство вокруг и между галактиками. Это действительно своевременно для нас, потому что есть много новых наблюдений за газом в эта межгалактическая среда прямо сейчас, многие из них происходят из Калифорнийского технологического института ", — говорит Хопкинс. «Например, люди недавно обнаружили, что на расстоянии пары сотен тысяч световых лет от галактики плавает больше тяжелых элементов, чем на самом деле внутри самой галактики.
Вы можете отследить потерянную материю, найдя эти тяжелые элементы; мы знаем, что они создаются только в результате слияния звезд, поэтому в какой-то момент они должны были находиться внутри галактики. Это согласуется с нашей картинкой, и теперь мы можем начать отображать, куда идет этот материал ».Хотя моделирование FIRE может точно объяснить низкую массу галактик от малого до среднего размера, физика, включенная, как и в предыдущих моделях, не может объяснить всю недостающую массу в очень больших галактиках, таких как те, которые больше, чем наша Млечная. Способ.
Хопкинс и его коллеги выдвинули гипотезу, что черные дыры в центрах этих больших галактик могут выделять достаточно энергии, чтобы вытолкнуть остальную материю, не унесенную звездами. «Следующим шагом в моделировании является учет энергии черных дыр, которую мы пока в основном игнорируем», — говорит он.По словам Хопкинса, информация, полученная с помощью моделирования FIRE, показывает, что обратная связь от звезд может изменить рост и историю галактик гораздо более драматично, чем кто-либо ожидал ранее. «Мы только начали исследовать эти новые сюрпризы, но мы надеемся, что эти новые инструменты позволят нам изучить целый ряд открытых вопросов на местах».