Ультратусклые карликовые галактики раскрывают тайны ранней Вселенной

Ультратусклые карликовые галактики, одни из самых маленьких известных галактик, обращающихся вокруг Млечного Пути, рассматриваются астрономами как древние реликты ранней Вселенной. Исследователи из Центра Оскара Клейна и коллаборации LYRA применили новую серию мощных космологических симуляций, чтобы показать, что эти тусклые галактики способны раскрыть, каким образом условия в молодом космосе влияли на рост галактик и почему некоторые из них так и не сформировали звёзды.

Работа, опубликованная в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), была возглавлена Азадех Фаттахи, доцентом Центра Оскара Клейна (OKC), при участии коллег из Университета Дарема и Гавайского университета.

Фаттахи описывает масштаб проекта: «В этом исследовании мы представили совершенно новый набор космологических симуляций, сфокусированных на самых тусклых галактиках во Вселенной, с беспрецедентным разрешением. Это крупнейшая выборка таких галактик, когда-либо смоделированных с таким уровнем детализации».

Особенности ультратусклых карликовых галактик

Карликовые галактики значительно меньше Млечного Пути и формируются внутри небольших гало темной материи, предсказанных стандартными космологическими моделями. Самые тусклые из них чрезвычайно уязвимы и находятся на грани современного понимания формирования галактик и темной материи.

«Самые маленькие галактики называются ультратусклыми карликовыми галактиками, их масса в миллион раз меньше, чем у Млечного Пути, а некоторые ещё меньше», — поясняет Фаттахи. «Из-за их малых размеров эти галактики очень сложно моделировать и симулировать».

Новые симуляции предоставляют исследователям более чёткую и систематическую картину формирования этих галактик на протяжении космической истории.

Шон Браун, руководивший исследованием в OKC и Университете Дарема, приводит аналогию: «Полезно сравнить это с растениями и урожаем, где рост зависит от погодных условий. Так же, как урожай летом может косвенно рассказать о погоде весной, свойства тусклых карликовых галактик сегодня могут многое поведать о состоянии Вселенной в гораздо более ранние эпохи».

Что ультратусклые галактики расскажут о ранней Вселенной

Симуляции важны не только тем, что воспроизводят ультратусклые галактики, но и тем, что показывают их потенциал для раскрытия информации о «климате» Вселенной в её самые ранние времена. В работе исследовалась чувствительность формирования звёзд в малых гало темной материи к различным предположениям о радиационных условиях в первые 500 миллионов лет после Большого взрыва.

«Мы изучали два разных предположения о свойствах ранней Вселенной, чтобы понять, как они влияют на свойства малых галактик сегодня, когда возраст Вселенной около 13 миллиардов лет», — поясняет Браун.

Результаты показали сильное влияние на самые маленькие галактики.

«Мы обнаружили, что эти ультратусклые галактики очень чувствительны к изменениям в ранних условиях, в то время как более массивные галактики, такие как Млечный Путь, практически не реагируют», — добавляет он. «Для самых маленьких галактик ранние условия могут определить, станут ли они видимыми галактиками или останутся беззвёздными гало темной материи».

Эта чувствительность может позволить проверить теории о физике ранней Вселенной с помощью будущих наблюдений.

«В ближайшем будущем мы получим данные от обсерватории Веры Рубин, которая сможет обнаружить гораздо больше таких ультратусклых карликовых галактик вокруг Млечного Пути», — отмечает Фаттахи.

Будущие наблюдения и проверка теорий

Астрономы рассчитывают, что обсерватория Веры Рубин выявит почти все спутниковые галактики Млечного Пути. Согласно новому исследованию, эти открытия могут дать представление о физических условиях, существовавших вскоре после Большого взрыва.

«Наша работа указывает на то, что предстоящие наблюдения очень близкой Вселенной смогут ограничить представления о том, как выглядела Вселенная в её младенчестве — то, что мы сейчас не можем получить напрямую другими методами».

Результаты исследования также связаны с недавними открытиями космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), который выявил неожиданно массивные и яркие галактики в ранней Вселенной.

«Наши результаты особенно актуальны на фоне недавних открытий JWST, который находит много сюрпризов, в частности, неожиданно массивные и яркие галактики в ранней Вселенной», — подчёркивает Фаттахи.

Если отдалённые галактики ставят под вопрос существующие теории о раннем космосе, то ультратусклые карликовые галактики вблизи могут стать альтернативным инструментом для изучения событий того периода.

Масштабные симуляции и дальнейшие исследования

Изучение таких тусклых галактик потребовало значительных вычислительных ресурсов.

«Запуск этих симуляций — сложная и чрезвычайно затратная по времени и вычислительным мощностям задача», — говорит Фаттахи.

Всего симуляции выполнялись более полугода и сгенерировали около 300 терабайт данных.

«Объём данных настолько велик, что многие старые алгоритмы, рассчитанные на меньшие объёмы, пришлось обновлять и улучшать для эффективной обработки».

Основная часть работы была проведена на суперкомпьютере COSMA 8, расположенном в Институте вычислительной космологии Университета Дарема и работающем в рамках британского высокопроизводительного вычислительного центра DiRAC.

Команда Фаттахи планирует использовать этот набор симуляций для изучения ключевых нерешённых вопросов формирования галактик и структуры Вселенной, включая поиск первых звёзд и изучение природы темной материи с помощью ультратусклых карликовых галактик.

Ссылка на исследование: «LYRA ultra-faints: the emergence of faint dwarf galaxies in the presence of an early Lyman–Werner background» авторы: Shaun T Brown, Azadeh Fattahi и др., опубликовано 24 апреля 2026 года в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, DOI: 10.1093/mnras/stag439.