Символично: ученым потребовалось девять месяцев на то, чтобы мощнейший суперкомпьютер обсчитал детальную модель рождения спиральной галактики. Получилось очень похоже на нашу.

Визуализация результатов моделирования: виртуальная галактика Эрида в фас и в профиль. Голубоватые области соответствуют регионам активного формирования звезд (их больше в спиральных рукавах); желтые — более древним звездам (в частности, центральной перемычки)
Виртуальная галактика Эрида и реальный Млечный Путь. Найдите десять отличий

«Предыдущие попытки обсчитать формирование массивной спиральной галактики наподобие Млечного Пути оказывались безуспешными, — говорит Хавьера Гедес (Javiera Guedes), одна из авторов новой модели, которую условно назвали «Эрида» (Eris). Эрида, родившаяся в суперкомпьютере в согласии с заложенными учеными параметрами и алгоритмами — классическая крупная спиральная галактика с перемычкой из ярких звезд, пересекающей ее примерно посередине. Она во всем схожа с нашей собственной галактикой, включая яркость, отношение размеров перемычки к размерам самого диска, звездное «население» и другие ключевые параметры.

По словам главы группы ученых профессора Пьеро Мадау (Piero Madau), расчеты потребовали огромных количеств машинного времени, включая 1,4 млн процессоро-часов суперкомпьютера NASA Pleiades (седьмого в мировом рейтинге самых производительных вычислительных систем Top500), притом что некоторые «несложные» расчеты проводились на мощностях Калифорнийского университета в Санта-Круз (UCSC) и швейцарского Национального суперкомпьютерного центра (SNSC).

Впрочем, результат того стоил. Он позволил подтвердить принятую сегодня теорию, в рамках которой эволюция крупномасштабных структур Вселенной направляется т.н. «холодной темной материей». («Темной» — потому что не участвует ни в каких взаимодействиях с обычной материей, помимо гравитационного, в том числе не испускает и не поглощает излучение. «Холодная» же в данном случае означает движущаяся со скоростью намного меньшей скорости света. Как следствие, холодная темная материя способна формировать крупные стабильные образования, возможно, даже целые «Темные галактики».)

Теория полагает, что вскоре после Большого Взрыва крохотные флуктуации плотности привели к появлению первых сгустков темной материи, которые в дальнейшем росли и сливались. Обычная материя, впоследствии составившая пыль, звезды, планеты и все прочее, при этом составляет менее 5% массы Вселенной; она повиновалась в своем движении притяжению сгустков темной материи, и целые галактики вырастали в окружении гало из темной материи (читайте: «Эмбрионы галактик»).

К сожалению, попытки смоделировать этот процесс, предпринимавшиеся все последние десятилетия, были неудачными, и ни одна из них не привела к «рождению» стройной и крупной галактики, подобной Млечному Пути с его уплощенным диском, центральной перемычкой и крупными сияющими спиральными рукавами. По мнению Пьеро Мадау, ключевым фактором успеха его Эриды стало корректное и точное моделирование процесса звездообразования: «Звезды в галактиках формируются в довольно плотных скоплениях, и воспроизвести этот процесс в ходе симуляции очень непросто… Нам впервые удалось проделать это для плотных газопылевых облаков, где происходит рождение новых звезд. И получить результат — галактику, похожую на Млечный Путь»…

Моделирование началось с приблизительной симуляции эволюции сгустков и гало темной материи, послуживших структурной основой для появления современных галактик. Затем ученые выбрали гало, по свойствам близкое к тому, что, скорее всего, окружает Млечный Путь, и «отмотали время назад», к первоначальным условиям. Так был выбран меньший, более подходящий для моделирования регион, который был обсчитан уже с добавлением обычной материи и повышенным разрешением, позволившем отследить судьбу огромного количества частиц — в общей сложности более 60 млн — с учетом всевозможных взаимодействий, гравитационных, гидродинамических, с воздействиями взрывов сверхновых и так далее, и так далее. Результат — налицо: такой стройной, аккуратной «близняшкой» Млечного Пути трудно не залюбоваться.

По пресс-релизу University of California — Santa Cruz