Model COLIBRE w swoich obliczeniach uwzględnia m.in. zimny gaz i kosmiczny pył wewnątrz galaktyk, czyli materiał budulcowy, z którego formują się gwiazdy. Pełnego uwzględnienia tych składników brakowało we wcześniejszych obliczeniach. Dodatkowo nowa symulacja ma do dyspozycji dużo większą moc obliczeniową niż wcześniejsze próby.

Okazuje się, że przy uwzględnieniu wspomnianych czynników, symulacja poprawnie odtwarza prawdziwe galaktyki, zarówno w aktualnym Wszechświecie, jak i te z wczesnego Wszechświata, obserwowane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Symulacja w swoich mechanizmach przyjmuje tzw. standardowy model kosmologiczny i okazuje się, że dobrze wyjaśnia on powstawanie galaktyk

Według twórców modelu COLIBRE, ich symulacje ustanawiają kilka nowych elementów. Na przykład dawniejsze symulacje sztucznie zakazywały gazowi wewnątrz galaktyk na chłodzenie się poniżej około 5500 stopni Celsjusza (to odpowiada temperaturze powierzchni Słońca), ponieważ modelowanie chłodniejszego gazu było zbyt skomplikowane. Jednak to duże uproszczenie, bowiem obserwacje dowodzą, że gwiazdy powstają bezpośrednio w zimnym gazie międzygwiazdowym.

COLIBRE potrafi także symulować małe ziarna pyłu, które mają duży wpływ na gaz galaktyczny. Pomagają tworzyć się cząsteczkom wodoru – dominującemu składnikowi gazu galaktycznego. Gaz chroni też pył przed promieniowanie ultrafioletowym. Pył ma również duży wpływ na to, jak widzimy galaktyki w teleskopach. Pył absorbuje światło ultrafioletowe i widzialne od gwiazd oraz reemituje je w podczerwieni. Dzięki bezpośredniemu modelowaniu pyłu można lepiej porównywać symulacje z prawdziwymi obserwacjami przez teleskopy.

Większe moce obliczeniowe oraz bardziej zaawansowane algorytmy pozwoliły też na dwudziestokrotne zwiększenie rozdzielczości. Dzięki temu większe objętości mogą być symulowane bardziej szczegółowo i z lepszą statystyką.

Istotnym wnioskiem z symulacji COLIBRE jest to, że standardowy model kosmologiczny Wszechświata pozostaje w zgodności z obserwacjami ewolucji galaktyk – od okresu miliarda lat po Wielkim Wybuchu do chwili obecnej.

- Sądzono, że niektóre wczesne wyniki z Teleskopu Webba stanowią wyzwanie dla modelu standardowego. Jednak COLIBRE pokazuje, że gdy kluczowe procesy fizyczne uwzględni się w bardziej realistyczny sposób, model jest zgodny z tym, co obserwujemy - komentuje dr Evgenii Chaikin z Uniwersytetu w Lejdzie (Holandia), współautor badań.

Symulacje prowadzono na kodzie SWIFT, używając superkomputera COSMA8 w Instytucie Kosmologii Obliczeniowej Uniwersytetu Durham. Superkomputer ten ma moc obliczeniową odpowiadającą 17 tysiącom zwykłych pecetów.

Największa z symulacji potrzebowała 72 miliony godzin CPU. Opracowanie pełnego modelu zajęło 10 lat. Brało w tym udział międzynarodowe grono naukowców z Europy, Australii i Stanów Zjednoczonych.

Większość symulacji ukończono w 2025 roku, choć niektóre o największej rozdzielczości nadal są obliczane i powinny zakończyć się latem 2026 roku. Analiza wszystkich wyników może zająć kilka lat.

Przy okazji opracowano interaktywne mapy pozwalające użytkownikom eksplorować wirtualne Wszechświaty powstałe z obliczeń komputera. Można nawet ich słuchać, bowiem niektóre dodatkowe informacje fizyczne zawarto w formie dźwiękowej

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie naukowym „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” w formie dwóch artykułów. Pierwszym autorem jednego z nich jest Joop Schaye (Uniwersytet w Lejdzie, Holandia), a drugiego Evgenii Chaikin (Uniwersytet w Lejdzie, Holandia). (PAP)

cza/ agt/