Симуляции BonFIRE и CampFIRE объясняют формирование галактик в ранней Вселенной
Телескоп Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил неожиданно быстрое формирование галактик в первые миллиарды лет после Большого взрыва. Это поставило под сомнение существующие модели, мотивируя создание новых симуляций для объяснения механизмов раннего роста галактик.
Группа астрофизиков представила первые результаты симуляций BonFIRE и CampFIRE из проекта Feedback In Realistic Environments (FIRE). BonFIRE охватывает объем около 40 мегапарсек с разрешением по барионной массе около 5?104 масс Солнца, а CampFIRE — 5 мегапарсек с разрешением до 800 масс Солнца. С помощью метода ресэмплинга ученые объединили статистику BonFIRE с высоким разрешением CampFIRE, чтобы надежно предсказать свойства галактик в широком диапазоне звездных масс от 104 до 1010 солнечных.
Моделирование показало, что формирование галактик в ранней Вселенной происходило через кластеризованное импульсное звездообразование. Эффективность звездообразования в гало темной материи высокой массы достигает 10–30%. Неожиданно, подмножество гало низкой массы также демонстрирует эффективность более 1% и содержит сверхкомпактные галактики с узким разбросом возрастов.
Полученные функции светимости галактик в ультрафиолетовом диапазоне для красных смещений от 9 до 25 в целом согласуются с наблюдениями при абсолютных звездных величинах ярче ?19. Однако наблюдается небольшое превышение предсказанного числа более ярких галактик. При этом на слабых концах (около ?14) возникает излом, ограничивающий количество тусклых галактик.
Исследователи также обнаружили сильную зависимость изменчивости ультрафиолетовой светимости от массы галактик: при низких массах доминирует разброс между разными гало, а в более массивных (с массой гало более 1010 солнечных) сопоставимый вклад дает быстрая импульсная переменность во времени.
Кроме того, представлены первые результаты простой модели звезд населения III с верхне-тяжелой функцией масс, которые демонстрируют широкое согласие с независимыми предсказаниями и наблюдательными ограничениями на популяцию первых звезд.
Работа позволяет лучше понять процессы, управляющие сборкой первых галактик, и объясняет наблюдаемое разнообразие их свойств. Полные наборы симуляций будут доступны для дальнейших исследований.
