Симуляция ASTRID проследила 13,5 млрд лет эволюции черных дыр и галактик
Астрофизики завершили один из самых крупных расчетов эволюции Вселенной. Симуляция ASTRID доведена до z = 0, то есть до современного состояния космоса, и теперь ее данные доступны исследователям. Работа помогает связать ранние наблюдения телескопа James Webb с тем, как росли галактики и сверхмассивные черные дыры.
ASTRID стартует с эпохи z = 99, близкой к космическому рассвету, и проходит путь длиной около 13,5 млрд лет. В виртуальной Вселенной учитывались гравитация, гидродинамика, рост галактик, слияния черных дыр и обратное влияние активных ядер на окружающий газ. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.
Масштаб расчета впечатляет даже по меркам современной вычислительной астрофизики. Команда использовала суперкомпьютер Frontera в Техасском центре передовых вычислений. Модель включала 166 млрд частиц в области пространства шириной примерно 815 млн световых лет. Один снимок состояния симуляции занимал около 30 ТБ данных.
Почему это важно именно сейчас? JWST все чаще находит массивные черные дыры в очень ранней Вселенной. Их количество и быстрый рост создают напряжение для старых моделей. ASTRID дает численную лабораторию, где можно проверять, какие начальные зерна черных дыр и какие физические процессы приводят к наблюдаемым популяциям.
Отдельная часть работы связана со слияниями черных дыр. В модели улучшено описание динамического трения, то есть того, как черная дыра после слияния галактик постепенно опускается к центру новой системы. Это дает более реалистичные орбиты и времена будущих слияний.
Такие расчеты нужны не только для телескопов, но и для гравитационно-волновой астрономии. ASTRID помогает предсказывать, в каких средах должны появляться источники сигналов для будущей космической обсерватории LISA и для массивов пульсарного тайминга. Если свет от далекого события скрыт газом и пылью, гравитационные волны все равно могут донести информацию о слиянии.
Следующий шаг команды связан с суперкомпьютером Horizon, который должен войти в работу позже в 2026 году. Исследователи адаптируют код под новые вычислительные ресурсы и планируют уточнять модели обратной связи черных дыр. Главная цель остается прежней: построить численную Вселенную, которую можно сравнивать с реальными данными JWST, Rubin Observatory и будущих гравитационно-волновых детекторов.
